ИМПУЛЬСНАЯ РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА

Изобретение относится к области рентгенотехники, а более конкретно к импульсным рентгеновским трубкам с холодным катодом, и может быть использовано при создании малогабаритных рентгеновских аппаратов.
Известны рентгеновские трубки, выпускаемые отечественной промышленностью, ИМА2-150Д и ИМА2-320Д ( А.И. Боровский, Г.А. Щукин, Рентгеновские трубки и микрофокусные излучатели для медицины, промышленности и научных исследований.- Электронная промышленность, 1991, Jfe 5, стр. 86-94.), имеющие фольговый холодный катод и анод, помещенные в оболочку.
Существенными недостатками трубок такого типа являются относительно малый ресурс работы (менее 10 имп.), низкая предельная частота срабатывания (5 Гц) и неспособность работать при относительно низких напряжениях (ниже 150 кВ).
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой конструкции трубки, взятой нами за прототип, является трубка для генерирования тормозного рентгеновского излучения, содержащая холодный катод и анод, заключенные в оболочку, содержащую высоковольтный изолятор ( Э.-Г.В. Александрович, Н.В. Белкин, М.А. Канунов и др.. Импульсная рентгеновская трубка.
/J
a.с. № 364985, Н Old 35/02. БИ J6 5, 1972). Катод вьшолнен в виде цилиндра из тонкой фольги, торец которого является рабочей частью катода. Анодом является плоская часть оболочки (выводное окно), на внутреннюю поверхность которой нанесен тонкий слой тяжелого металла, например вольфрама или рения.
Прототип имеет такие же недостатки, что и аналог, т.е. малый ресурс работы, низкая предельная частота срабатывания и неспособность работать при относительно низких напряжениях.
Задачей настоящего изобретения является увеличение ресурса работы трубки на 2-3 порядка, увеличение предельной частоты работы до 1 кГц и более и расширение диапазона рабочих напряжений трубки за счет уменьшения минимальных рабочих напряжений до 15-20 кВ.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной импульсной рентгеновской трубке, содержащей вакуумную оболочку с выводным окном, в которой расположены холодный катод и анод, выполненный из тяжелого металла, согласно изобретению катод выполнен в виде тонкого капилляра, заполненного жидким металлом.
Для повышения стабильности работы трубки (катода) при низких рабочих напряжениях внутрь катода помещен игольчатый стержень из тугоплавкого металла, выступающий своей острой частью в сторону анода.
Кроме того, для повышения ресурса работы импульсной рентгеновской трубки капилляр катода соединен с резервуаром, заполненным жидким металлом.
0/Yff/
Катод из-за способности жидкого металла в электрическом поле принимать форму острия с малым радиусом кривизны вершины воспроизводит свою форму при подаче каждого импульса высокого напряжения с амплитудой выше пороговой величины, имеющей значение порядка 10 кВ. На формирование жидкометаллического конуса тратится некоторое время, которое можно сократить до минимума путем помещения внутрь катода игольчатого стержня из тугоплавкого металла. Так как материал капилляра и игольчатого стержня не расходуется при работе, катод не изменяет своих геометрических размеров, что позволяет значительно увеличивать ресурс работы рентгеновской трубки за счет наличия жидкого металла внутри капилляра и резервуара. Хорошая текучесть жидких металлов обеспечивает быстрое подтекание жидкого металла к
области эмиссии и, как следствие, большую предельную частоту работы катода и трубки в целом. Наличие в конструкции катода только металлических частей щ)иводит к отсутствию газовыделения при работе жидкометаллического катода и возможности его использования в отпаянной рентгеновской трубке.
Сущность изобретения поясняется чертежем, где схематично показано осевое сечение двух вариантов выполнения импульсной рентгеновской трубки с анодом, работащим а) на прострел и б) на отражение.
Трубка содержит вакуумную оболочку 1 с выводным окном 2. Внутри оболочки расположены холодный катод 3 и анод 4, выполненный из тяжелого металла. Катод 3 выполнен в виде тонкого капилляра 5, заполненного жидким металлом 6. Внутрь катода 3 помещен игольчатый стержень 7 из тугоплавкого металла, выступа
6 .
своей острой частью в сторону анода. Капилляр 5 катода 3 соединен с резервуаром 8, заполненным жидким металлом 6.
Рентгеновская трубка работает следующим образом. Под действием импульсной разности потенциалов между катодом 3 и анодом 4 происходит вытягивание жидкого металла 6 из капилляра 5 и формирование конуса с малым радиусом кривизны вершины, величина которого по мере роста конуса уменьшается. Мз-за усиления поля на вершине конуса происходит инициирование взрывной эмиссии электронов и разрушение конуса с образованием сгустка плазмы, из которого эмиттируются электроны, впоследствии ускоряющиеся в промежутке катод-анод. При попадании электронного потока на анод 4 происходит генерация тормозного рентгеновского излучения, которое выводится через выводное окно 2. Мз-за хорошей текучести жидкого металла 6 по капилляру 5 описанный выше процесс воспроизводится полностью к приходу следующего импульса высокого напряжения при частоте следования импульсов до 1 кГц и выше.
В качестве примера выполнения предлагаемого устройства приведем опытно-экспериментальный образец шлпульсной рентгеновской трубки, выполненной в металло-стеклянной оболочке 1, в которую помещен жидкометаллический катод 3 капиллярного типа. На внутреннюю поверхность выводного окна 2 нанесена пленка тантала, являющаяся анодом 4 (см.чертеж а). В качестве жидкого металла 6 использовался сплав индия и галлия. Такая трубка работала устойчиво при напряжениях от 15 кВ и выше. При амплитуде импульсов напряжения 30 кв достигнута частота срабатывания 500 Гц без принудительного охлаждения и 1500 Гц при при
///r/
нудительном воздушном охлаждении. При частоте следования импульсов высокого напряжения 400 Гц и амплитуде 30 кВ мощность дозы рентгеновского излучения на расстоянии 5 см от выводного окна составила 200 Р/мин. При этом длительность импульсов рентгеновского излучения имела величину порядка 100 не. Ресурс работы трубки при таком режиме работы составил величину порядка 10 импульсов.
Были также проведены эксперименты с импульсной рентгеновской трубкой, в которой анод 4 работает на отражение (см. чертеж б), и капилляр 5 катода 3 дополнительно соединен с резервуаром 8, заполненным жидким металлом 6. Результаты работы трубки аналогичны первому случаю, а ресурс работы рентгеновской трубки составил более 10 импульсов. Зав. группой ПЛР и ИР: Зж . Т.И. Бычкова