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. Широко известны рентгеновские трубки, содержащие источник электронов - катод, источник рентгеновского излучения - неподвижный анод, помещенные в вакуумно-плотный корпус.
[см., например, Малая советская энциклопедия, под ред. Б.А.Введенского, ГНИ «Большая советская энциклопедия», 1959, т.7, с.1050-1051; Ф.Н.Хараджи «Общий курс рентгенотехники», М. - Л., Энергия, 1966, с.162-185; Справочник. «Рентгенотехника», М. Машиностроение, 1980, т.1, с.432 и др.]
Известны также рентгеновские трубки, имеющие наряду с типичными элементами некоторые конструктивные особенности:
- вращающийся анод;
- дополнительный анод, размещаемый между основным анодом и катодом;
- специальную форму катода, например, удлиненную;
- оформление рабочих поверхностей анода секторными мишенями из различных металлов и т.д.
[см., например, Ф.Н.Хараджи «Общий курс рентгенотехники», М. - Л., Энергия, 1966, с.188-192; з. ФРГ №4430622, oп. 07.03.1996, МПК H 01 J 35/14; з. ФРГ №4026299, oп. 27.02.1997, МПК H 01 J 35/14; а.с. СССР №1434508, заявл. №4139638 27.10.1986, oп. б.40, 1989, МПК H 01 J 35/04 и др.]
Недостатки известных рентгеновских трубок типичны для подобных устройств, а именно:
- ограниченное количество генерируемых длин волн рентгеновского излучения;
- отсутствие селективности генерации;
- сложность конструкции;
- низкое качество фокусировки;
- громоздкость и недолговечность, как отдельных элементов, так и конструкции в целом.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является рентгеновская трубка, состоящая из вакуумного корпуса с торцевым выходным окном, имеющим защитное протяженное отверстие, содержащего внутри охлаждаемый с помощью патрубка неподвижный анод с рабочим поверхностным металлическим слоем, вокруг которого размещен катодный узел, образованный двумя нитями накала и установленный ниже уровня поверхности анода; между анодом и катодным узлом смонтирован фокусирующий электрод в виде сплошного полого цилиндра. Причем, корпус в зоне выходного окна снабжен экранирующей перегородкой. Срок эксплуатации - наработка трубки на отказ - не более 8000 циклов.
[см. п. РФ №2257638, заявл. 17.06.2004, опубл. 27.07.2005, МПК H 01 J 35/04].
Задачей настоящей полезной модели является упрощение конструкции с увеличением ее долговечности при одновременном повышении качества фокусировки.
Поставленная задача решается тем, что в известной рентгеновской трубке, состоящей из вакуумного корпуса с торцевым выходным окном, имеющим защитное протяженное отверстие, содержащего внутри охлаждаемый с помощью патрубка неподвижный анод с рабочим поверхностным металлическим слоем, вокруг которого размещен катодный узел, образованный двумя нитями накала и установленный ниже уровня поверхности анода; между анодом и катодным узлом смонтирован фокусирующий электрод в виде сплошного полого цилиндра, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, патрубок представляет собой теплопроводящий медный стержень, а защитное протяженное отверстие имеет форму прямого или обратного конуса с величиной конусности (К):
- для прямого конуса К=(d1-d)/L=0.0025÷1,
- для обратного конуса К=(d-d1)/L=0.0025÷1,
где:
d1 - входной диаметр защитного протяженного отверстия, мм;
d - выходной диаметр защитного протяженного отверстия, мм;
L - длина защитного протяженного отверстия, мм;
причем, D/d=3÷20,
где D - диаметр катодного узла, мм.
В рентгеновской трубке, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, торцевое выходное окно выполнено из стали или бериллия.
Заявляемая рентгеновская трубка проста в изготовлении (не требует установления экранирующих перегородок), при этом ее стабильная конструкция, геометрия и соотношение параметров обеспечивают не только увеличение долговечности, но и повышают качество фокусировки за счет варьирования размеров фокуса при помощи защитного протяженного отверстия, имеющего форму прямого или обратного конуса. Кроме того, выполнение защитного протяженного отверстия из стали повышает безопасность эксплуатации трубки, так как сталь поглощает мягкое рентгеновское излучение вредное для человека (поглощаемое тканями организма), а использование бериллия, пропускающего указанное излучение, для этой же цели расширяет функциональные возможности предлагаемой трубки, обеспечивая ее применение для рентгенофлюоресцентного анализа.
В заявляемой рентгеновской трубке, также как и в устройстве - прототипе [см. п. РФ №2257638, заявл. 17.06.2004, опубл. 27.07.2005, МПК H 01 J 35/04], в качестве материала для рабочего поверхностного слоя анода могут применяться различные металлы, например:
- 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.
Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод о том, что заявляемая полезная модель не известна из уровня исследуемой техники, что свидетельствует о ее соответствии критерию «новизна».
Возможность изготовления предлагаемой рентгеновской трубки на отечественных предприятиях приборостроения из доступных серийно выпускаемых деталей и материалов с помощью известных способов и приемов свидетельствует о соответствии полезной модели критерию «промышленная применимость».
Заявляемая рентгеновская трубка схематично представлена на фигурах:
фиг.1 - рентгеновская трубка с защитным протяженным отверстием, имеющим форму прямого конуса;
фиг.2 - рентгеновская трубка с защитным протяженным отверстием, имеющим форму обратного конуса.
Обозначения на фигурах.
1 - вакуумный объем
2 - корпус трубки
3 - выходное окно с защитным протяженным отверстием, имеющим форму прямого или обратного конуса
4 - анод с теплопроводящим патрубком, представляющим собой медный стержень
5 - фокусирующий электрод
6 - катодный узел с двумя нитями накала
7 - рабочий поверхностный металлический слой анода
Заявляемая рентгеновская трубка состоит из вакуумного корпуса 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: Сu, Ag, Mg, Al, Pb, V, Cr, W, Fe, Rh или др. Вокруг анода 4 размещен катодный узел 6, образованный 2 нитями накала. Катодный узел 6 установлен ниже уровня поверхности анода 4 на 0,1-0,3 мм. Между анодом 4 и катодным узлом 6 смонтирован фокусирующий электрод 5, который выполнен в виде сплошного полого цилиндра, охватывающего с зазором анод 4, причем уровень верхней кромки фокусирующего электрода 5 смещен вверх относительно поверхности анода 4 на 0,05-0,15 мм. Корпус 2 в зоне торцевого выходного окна 3, имеет защитное протяженное отверстие в форме прямого или обратного конуса формирующего требуемый размер фокусного пятна.
Габариты рентгеновской трубки с прямым конусом. Для рабочей мощности 10 Вт.
d=2,5 мм; d1=2,515 мм; L=6 мм; D=26 мм,
отсюда, величина конусности:
К=(d1-d)/L=(2,515-2,5)/6=0,0025.
Или:
d=2,5 мм; d1=8,5 мм; L=6 мм; D=26 мм,
отсюда, величина конусности:
K=(d1-d)/L=(8,5-2,5)/6=1.
Габариты рентгеновской трубки с обратным конусом. Для рабочей мощности 10 Вт.
d=2,515 мм; d1=2,5 мм; L=6 мм; D=26 мм,
отсюда, величина конусности:
К=(d-d1)/L=(2,515-2,5)/6 =0,0025.
Или:
d=8,5 мм; d1=2,5 мм; L=6 мм; D=26 мм,
отсюда, величина конусности:
К=(d-d1)/L=(8,5-2,5)/6=1
Примечание: при увеличении рабочей мощности увеличивается и диаметр катодного узла..
Заявляемая 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 прямого или обратного конуса формирует размеры фокуса в зависимости от этой формы.
Срок эксплуатации заявляемой рентгеновской трубки - наработка на отказ - не менее 12500 циклов.
Как видно из описания конструкции заявляемой рентгеновской трубки и ее работы, использование полезной модели по сравнению с известной рентгеновской трубкой, взятой за прототип [см. п. РФ №2257638, заявл. 17.06.2004, опубл. 27.07.2005, МПК H 01 J 35/04], обеспечивает следующие технические и общественно-полезные преимущества:
- упрощение конструкции и простоту ее изготовления;
- повышение качества фокусировки и расширение функциональных возможностей;
- увеличение долговечности и безопасность эксплуатации.