РЕНТГЕНОВСКАЯ ИМПУЛЬСНАЯ ТРУБКА С АВТОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИЕЙ

Предложенное техническое решение относится к медицинской технике, точнее к рентгеновской аппаратуре, и предназначено для использования в составе рентгенодиагностических аппаратов медицинского назначения, например, при исследовании тробекулярности костной ткани кистей рук у лиц, вибрационно опасных профессий.
Известна рентгеновская трубка импульсного типа (Авторское свидетельство СССР №1014067 от 30.07.81 г. [1]). содержащая вакуумированную колбу, внутри которой расположены накальный катод с фокусирующим устройством и вращающийся анод. Известная трубка предназначена для стереоскопии и не может быть использована для формирования сверхкоротких прямоугольных импульсов.
Известна также рентгеновская импульсная трубка с автоэлектронной эмиссией, содержащая вакуумированную стеклянную колбу цилиндрической формы с торцевым выходным окном, внутри которой закреплены катод и анод в форме остроконечной иглы, изготовленные из вольфрама, подключенные к импульсному источнику высокого напряжения (Патент США 6324257 от 27.11.2001 г. [2]).
Наиболее близким по конструкции к заявляемому объекту является импульсная рентгеновская трубка с автоэлектронной эмиссией, содержащая вакуумированную стеклянную колбу с торцевым выходным окном, внутри которой закреплены заостренные катод и анод, в форме стержня с заостренным торцом, изготовленные из вольфрама, геометрическая ось которого совпадает с геометрической осью колбы, а катод имеет эмиттеры игольчатой формы, изготовленные из вольфрама, закрепленные на вольфрамовом держателе, причем катод и анод соединены с электрическими контактами, расположенными с внешней стороны стеклянной колбы подключенные к импульсному источнику высокого напряжения (Рентгенотехника Справочник под редакцией проф. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1992. - С. 109 [3]). Этот аналог был выбран нами в качестве прототипа.
Существенными недостатками двухэлектродной импульсной трубки [3] - это нестабильность напряжения, при котором начинается автоэлектронная эмиссия электронов, и неравномерное распределение плотности интенсивности в рентгеновском пучке. Дело в том, что при работе рентгеновской трубки эмиссия электронов начинается не на всей поверхности катода, а на эмиттерах с наибольшей напряженностью электрического поля (эти эмиттеры находятся на ближайшем расстоянии от вершины заостренного торца анодного стержня).
Для устранения этих недостатков необходима установка всех эмиттеров катода на равном расстоянии от вершины заостренного торца анодного стержня. Конструкция прототипа [3] этого требования не обеспечивает.
Целью настоящей работы является создание рентгеновской импульсной трубки с автоэлектронной эмиссией, в которой все эмиттеры катода равно удалены от вершины заостренного торца анодного стержня.
Технический результат полезной модели выражается в повышении равномерности плотности интенсивности излучения в рентгеновском пучке. Он достигается тем, что в рентгеновской импульсной трубке с автоэлектронной эмиссией, содержащая вакуумированную стеклянную колбу цилиндрической формы с торцевым выходным окном, внутри которой закреплены катод и анод, в форме стержня с заостренным торцом, изготовленные из вольфрама, геометрическая ось которого совпадает с геометрической осью колбы, а катод имеет эмиттеры игольчатой формы, изготовленные из вольфрама, закрепленные на вольфрамовом держателе, причем катод и анод соединены с электрическими контактами, расположенными с внешней стороны стеклянной колбы, держатель выполнен в форме вогнутой полусферы с центральным отверстием, на внутренней поверхности которой закреплены эмиттеры, каждый из которых находится на равном удалении от вершины заостренного торца анодного стержня.
Далее описание сопровождается рисунками и пояснениями к ним.
На фиг. 1 показана конструкция предлагаемой рентгеновской трубки, а на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1.
Рентгеновская импульсная трубка с автоэлектронной эмиссией, содержит вакуумированную стеклянную колбу 1 цилиндрической формы с торцевым выходным окном 2, внутри которой закреплены катод и анод. Анод является стержень 3 с заостренным торцом 4, изготовленный из вольфрама, геометрическая ось которого совпадает с геометрической осью колбы 1. Стержень 3 анода соединен с электрическим контактом, выходящим из стеклянной колбы 1 (на фиг. не показан). Катод имеет держатель 5, изготовленный из вольфрама в форме вогнутой полусферы с центральным отверстием 6 круглой формы. Центр отверстия 6 находится на геометрической оси анодного стержня 3. Отверстие 6 ограничивает пучок рентгеновского излучения у и выполняет роль диафрагмы. На внутренней поверхности держателя 5 закреплены эмиттеры 7 игольчатой формы, изготовленные из вольфрама. Вершина каждого эмиттера 7 находится на равном удалении от вершины 8 заостренного торца 4 анодного стержня 3.
Держатель 5 соединен, например точечной сваркой, с электрическим контактом 9, выходящим из стеклянной колбы 1.
Так как все эмиттеры 7 находятся на равном удалении от вершины 8 заостренного торца 4 анодного стержня 3, при включении высокого напряжения напряженность электрического поля на всех игольчатых эмиттерах будет одинаковым. Это очень важно для работы рентгеновской трубки с автоэлектронной эмиссией. Обоснуем это утверждение.
Согласно закону Фаулера-Нордхейма плотности тока j автоэлектронной эмиссии характеризуется следующей формулой:
где: Е - напряженность электрического поля у поверхности эмиттера, а ϕ - потенциал работы выхода электронов из металла.
2
Как видно из приведенной формулы, плотности тока j автоэлектронной эмиссии очень чувствительна к напряженности электрического поля эмиттера (Е), поэтому даже незначительное изменение Е влияет на J. Вот почему в рентгеновской трубке с автоэлектронной эмиссией все эмиттеры необходимо устанавливать на одинаковом расстоянии от активной части анода. Такая конструкция катодной части рентгеновской трубки с автоэлектронной эмиссией обеспечивает высокую стабильность плотности тока j, и как следствие этого, повышение равномерности плотности интенсивности излучения в рентгеновском пучке.