Ускорительная трубка



Ускорительная трубка
Ускорительная трубка
Ускорительная трубка
Ускорительная трубка
Ускорительная трубка

 


Владельцы патента RU 2522987:

Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР-ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.И. ЗАБАБАХИНА" (RU)

Ускорительная трубка относится к рентгеновской технике и может быть использована в импульсном рентгеновском ускорителе для получения коротких рентгеновских высокоинтенсивных вспышек для регистрации быстропротекающих процессов в оптически плотных средах. Ускорительная трубка включает изолятор ускорительной трубки 1, контейнер изолятора 2 и герметичный изолирующий корпус 3 диодного узла ускорительной трубки с окном для вывода излучения, внутри которого находится вакуум, разделяющий катод и анод, выполненный в виде стальной трубы 4. Катод 5 выполнен в виде концентрического кольца со сквозными пазами 8 между радиально-ориентированными электродными выступами 7, количество которых не менее трех, (катод с принудительным токораспределением). Анод представляет собой анодный стержень 4, выполненный в виде державки конического вида из железа, со сферической головкой 6, выполненной в виде сферы из вольфрама. Технический результат- повышение равномерности пространственного распределения излучения и стабильности срабатывания ускорительной трубки. 2 з.п.ф-лы., 4 ил.

 

Изобретение относится к рентгеновской технике и может быть использовано в импульсном рентгеновском ускорителе для получения коротких рентгеновских высокоинтенсивных вспышек для регистрации быстропротекающих процессов в оптически плотных средах.

Известна малогабаритная острофокусная двухэлектродная импульсная рентгеновская трубка, описанная в статье Г.В. Александровича, Н.В.Белкина и др. «Малогабаритная импульсная рентгеновская трубка», ПТЭ, 1974 г., №5, с.189-190, состоящая из конического анода, катода в виде диска из тантала, токоввода, соединенного с анодом, выходного окна и изоляционного корпуса.

Недостатками описанного устройства являются:

- амплитудная и пространственная нестабильность рентгеновского излучения, обусловленная нестабильностью тока электронов взрывной эмиссии с металлического катода и образованием одного центра эмиссии, место положения которого меняется от импульса к импульсу;

- значительное увеличение эффективного рентгеновского фокуса при удалении от оси трубки, обусловленное длиной выступающей части анода за срез катода.

Наиболее близким и взятым в качестве прототипа является техническое решение, описанное в патенте РФ №2174726, МПК H01J 35/00, опубл. 10.10.2001 г. под названием «Острофокусная двухэлектродная импульсная рентгеновская трубка», состоящая из анода, выполненного в виде анодного стержня с головкой, катода, токоввода, герметичного изолирующего корпуса с окном для вывода излучения, внутри которого находится вакуум, разделяющий катод и анод.

Недостатками описанного устройства являются:

- возможность возбуждения в нем вихревых токов, приводящих к появлению в разрядном промежутке диода продольной компоненты магнитного поля;

- нестабильность в работе импульсных рентгеновских трубок, как по интенсивности импульса излучения, так и блужданию направления излучения установки, из-за магнитодинамического эффекта, что приводит к неравномерной засветке рентгеновских пленок в эксперименте;

- значительный разброс величины плотности почернения, составляющий около 10% от среднего значения;

- уклонение направления максимальной интенсивности излучения за границу окна коллиматора, что послужило основанием для выявления факта блуждания направления луча излучения установки;

- снижение скорости роста питающего напряжения за счет частичного разряда и ввода плазмы в диодный промежуток может способствовать смещению спектра излучения в сторону более длинноволнового, т.е. излучение становится намного «мягче», вследствие чего резко ограничивается просвечивающая способность установки.

Задачей заявляемого изобретения является создание устройства, обеспечивающего повышение равномерности в пространственном распределении интенсивности излучения установки, стабильности срабатывания вакуумной ускорительной трубки.

Технический результат, который позволяет решить поставленную задачу, заключается в создании условий для увеличения собственной индуктивности катода и локализации центров автоэлектронной эмиссии за счет концентрации силовых линий электрического поля на нескольких (например, 6) ограниченных по площади концах выступов электродов катода, повышении начальной напряженности электрического поля за счет его концентрации у электродных выступов и существенном увеличении собственной индуктивности катода для вихревых токов самоиндукции из-за увеличения пути их прохождения и возрастания проходного отверстия катода. При этом, развитая за счет межэлектродных пазов внутренняя поверхность катода, являясь основной токоведущей его частью из-за скин-эффекта, обладает уже существенно большей индуктивностью по отношению к кольцевому катоду.

Это достигается тем, что в ускорительной трубке, состоящей из анода, выполненного в виде анодного стержня с головкой, катода, токоввода, герметичного изолирующего корпуса с окном для вывода излучения, внутри которого находится вакуум, разделяющий катод и анод, согласно изобретению, катод выполнен в виде концентрического кольца со сквозными пазами между радиально-ориентированными электродными выступами, количество которых не менее трех, оканчивающимися на радиусе

rk=Dk/2,

где rk - радиус закругления катодного выступа;

Dk - диаметр сквозных пазов между радиально-ориентированными электродными выступами,

при этом анодный стержень выполнен в виде тонкой державки из токопроводящего материала с существенно меньшим атомным номером, а головка анодного стержня выполнена в виде сферы из материала с большим атомным номером.

Кроме того, катод выполнен с шестью электродными выступами.

Кроме того, анодный стержень выполнен из железа, а головка анодного стержня выполнена из вольфрама.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки (выполнение катода в виде концентрического кольца со сквозными пазами между радиально-ориентированными электродными выступами, количество которых не менее трех, оканчивающимися на радиусе

rk=Dk/2,

где rk - радиус закругления катодного выступа;

Dk - диаметр сквозных пазов между радиально-ориентированными электродными выступами, выполнение анодного стержня в виде тонкой державки из токопроводящего материала с существенно меньшим атомным номером, и головки анодного стержня в виде сферы из материала с большим атомным номером) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Изобретение проиллюстрировано на следующих чертежах.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство с диодной парой.

На фиг.2 представлен вариант выполнения катода в виде концентрического кольца со сквозными пазами между радиально-ориентированными электродными выступами (с принудительным токораспределением).

На фиг.3 представлена полярная диаграмма распределения плотности почернения при использовании группы кольцевой катод - игольчатый анод.

На фиг.4 представлена полярная диаграмма распределения плотности почернения при использовании группы катод (в виде концентрического кольца со сквозными пазами между радиально-ориентированными электродными выступами) - анод (сферическая головка из сплава вольфрам-никель-молибден (ВНМ)).

Ускорительная трубка включает изолятор ускорительной трубки 1, контейнер изолятора 2 и герметичный изолирующий корпус 3 диодного узла ускорительной трубки с окном для вывода излучения (фиг.1), внутри которого находится вакуум, разделяющий катод и анод, выполненный в виде стальной трубы 4 с толщиной стенки 4 мм. Катод 5 выполнен в виде концентрического кольца со сквозными пазами 8 между радиально-ориентированными электродными выступами 7, количество которых не менее трех, (катод с принудительным токораспределением). Анод представляет собой анодный стержень 4, выполненный в виде державки конического вида из железа, со сферической головкой 6, выполненной в виде сферы из вольфрама.

На предприятии был изготовлен опытный образец ускорительной трубки и проведены лабораторные испытания.

Катод 5 (фиг.2) может быть выполнен с шестью электродными выступами. Проведя геометрические расчеты, получили формулу для вычисления среднего угла при вершине электродных выступов 7: Z = 2 a r c t g ( D К D К 3 4 r К ) . Так как rk=Dk/2, то средний угол при вершине электродов равен 88°±7°. Для расчета собственной индуктивности катода использовали формулу L = μ 0 2 π l ( ln 4 l h 2,45 ) , где h - толщина катода 5, 1 - периметр внутренней поверхности катода 5. Расчетная собственная индуктивность катода 5:L=154,5 нГн; собственная индуктивность катода 5-L=154,5 нГн, и rk - радиус закругления радиально-ориентированного электродного выступа 7; Dk - диаметр сквозных пазов между радиально-ориентированными электродными выступами 7, а анодный стержень 4 диаметром 2 мм из железа, атомный номер которого меньше, чем атомный номер материала, из которого выполнена сферическая головка 6 диаметром 5 мм - из сплава вольфрам-никель-молибден (ВНМ), и закрепленной на конце анодного стержня 4.

Устройство работает следующим образом. При подаче положительного высоковольтного импульса на анод происходит пробой диодного промежутка ускорительной трубки с нескольких центров эмиссии электронов, расположенных на вершинах электродных выступов 7 катода 5 (это связано с локализацией эмиссии электронов на вершинах электродных выступов). Основной процесс ускорения электронов, испускаемых в процессе взрывной эмиссии с катода 5, происходит в области катодного среза ускорительной трубки, где конструктивно и создавались условия для максимальной концентрации электрического поля. В дальнейшем, по мере роста силы электронного тока и соответствующего ему магнитного поля, происходит вытеснение потоков электродов к концу анодного стержня 4, материал которого имеет меньший атомный номер, чем атомный номер материала головки 6, для уменьшения доли тормозного излучения, идущего с анодного токоведущего стержня 4, и бомбардировка его сферической головки 6 из сплава ВНМ. Для генерации импульсов рентгеновского излучения с максимальной интенсивностью торможение пучка электронов должно производиться в сферической головке 6, выполненной из материала с большим атомным номером Z, чем атомный номер материала анодного стержня 4, выполненного из железа. Обычно в качестве таких материалов используются тантал (Z=73), вольфрам (Z=74), золото (Z=79) и платина (Z=78), которые являются дорогостоящими материалами.

Образование нескольких центров электронной эмиссии на вершинах электродных выступов, расположенных симметрично сферической головке 6, способствует образованию равномерного пространственно - однородного излучения. Поскольку анодный стержень 4 выполнен тонким и из более легкого материала, имеющего меньший атомный номер, чем сферическая головка 6, из материала с большим атомным номером, при бомбардировке электронами часть излучения, идущего с анодного стержня 4, лишь незначительно искажает излучающее пятно по краям снимка в сравнении с центром (неоднородность потемнения снимка составляет ~2%).

Были проведены сравнительные испытания ускорительной трубки со стандартной анод-катодной группой (кольцевой катод, игольчатый анод) и заявляемой ускорительной трубки (катод в виде концентрического кольца со сквозными пазами между радиально-ориентированными электродными выступами 7 (катод с принудительным токораспределением) и анод со сферической головкой 6 на тонкой державке 4). На фиг.3 показана полярная диаграмма плотности почернения рентгеновской пленки. Данные результаты опытов с кольцевым катодом, в которых были выявлены не только значительный разброс величины плотности почернения, составляющий около 10% от среднего значения, но и уклонение направления максимальной интенсивности излучения за границу окна коллиматора, послужили основанием для выявления факта блуждания направления луча излучения установки.

В опыте со сферической головкой 6 из ВНМ на конце конического анодного стержня 4 диаметром 2 мм в составе с 6-электродным катодом 5, в виде концентрического кольца со сквозными пазами между радиально-ориентированными электродными выступами 7, анализ денситограммы изображения «окна» коллиматора ухода пучка излучения от оси установки не обнаружил, среднеквадратичный разброс величины плотности почернения составил в среднем 0,02, к периферии изображения разброс плотности почернения достигал 0,027. В данном случае разброс оказался близок к приемлемому уровню. На фиг.4 показана полярная диаграмма плотности почернения рентгеновской пленки в опыте с анодом со сферической головкой 6 из ВНМ и катодом 5 с шестью радиально-ориентированными электродными выступами 7.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий: ускорительная трубка предназначена для получения коротких рентгеновских высокоинтенсивных вспышек для регистрации быстропротекающих процессов в оптически плотных средах; ускорительная трубка, воплощенная в заявленном изобретении, позволила:

- исключить появление в разрядном промежутке вихревого электрического поля;

- добиться стабильности в работе импульсных рентгеновских трубок по интенсивности импульса излучения и блужданию направления излучения установки;

- уменьшить разброс величины плотности почернения;

- повысить равномерность в пространственном распределении интенсивности излучения установки.

Таким образом, ускорительная трубка, воплощенная в заявленном изобретении, при его осуществлении способна обеспечить достижение усматриваемого заявителем достигаемого технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

1. Ускорительная трубка, состоящая из анода, выполненного в виде анодного стержня с головкой, катода, токоввода, герметичного изолирующего корпуса с окном для вывода излучения, внутри которого находится вакуум, разделяющий катод и анод, отличающаяся тем, что катод выполнен в виде концентрического кольца со сквозными пазами между радиально-ориентированными электродными выступами, количество которых не менее трех, оканчивающимися на радиусе
rk=Dk/2,
где rk - радиус закругления электродного выступа;
Dk - диаметр сквозных пазов между радиально-ориентированными электродными выступами,
при этом анодный стержень выполнен в виде тонкой державки из токопроводящего материала с существенно меньшим атомным номером, чем атомный номер материала головки анодного стержня, которая выполнена в виде сферы.

2. Ускорительная трубка по п.1, отличающаяся тем, что катод выполнен с шестью электродными выступами.

3. Ускорительная трубка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что анодный стержень выполнен из железа, а головка анодного стержня выполнена из вольфрама.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электронным кассетам для получения рентгеновского изображения. .

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к рентгеновским сканерам для обследований пациентов. .

Изобретение относится к неразрушающему контролю с использованием рентгеновского излучения и может быть применено для контроля материалов и изделий радиационным методом в авиакосмической промышленности и других отраслях машиностроения.

Изобретение относится к неразрушающему контролю с использованием рентгеновского излучения и может быть применено для контроля материалов и изделий в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к рентгенотехнике, в частности к радиографическим сканирующим устройствам, и может быть использовано в сканирующей флюорографии, сканирующей маммографии и сканирующей таможенной интроскопии.

Изобретение относится к области ускорительной техники, в частности к мобильным импульсным ускорителям электронов и рентгеновским аппаратам. .

Изобретение относится к генераторам рентгеновского излучения, используемым для недеструктивной рентгенографии и диагностики. .

Изобретение относится к области рентгеновской техники и может быть использовано при разработке импульсных рентгеновских трубок для использования в малогабаритных рентгеновских аппаратах.

Группа изобретений относится к медицинской технике. При осуществлении способа одновременно или последовательно воздействуют на патологию ионизирующим и тепловым излучениями через выходное окно источника излучения, которое размещают вблизи или на поверхности патологии.

Изобретение относится к области рентгеновской техники и может быть использовано при разработке импульсных рентгеновских трубок для использования в малогабаритных рентгеновских аппаратах, в частности для медицинской диагностики и лечения заболеваний, а также в других областях техники.

Изобретение относится к рентгеновской технике и может быть использовано в импульсных рентгеновских аппаратах для получения коротких рентгеновских импульсов большой интенсивности для регистрации быстропротекающих процессов в оптически плотных средах, рентгенографии, дефектоскопии, медицинской диагностике и т.д.

Изобретение относится к импульсным рентгеновским трубкам с взрывной эмиссией, предназначенных для использования в импульсных рентгеновских аппаратах. .

Изобретение относится к области рентгеновской техники и может быть использовано при разработке импульсных рентгеновских трубок предпочтительно для использования в малогабаритных рентгеновских аппаратах для дефектоскопии металлоконструкций, в частности для неразрушающего контроля качества сварных соединений при прокладке нефте- и газопроводов.

Изобретение относится к области рентгеновской техники и может быть использовано при разработке импульсных рентгеновских трубок, предпочтительно для использования в малогабаритных рентгеновских аппаратах для дефектоскопии металлоконструкций, в частности для неразрушающего контроля качества сварки соединений при прокладке нефте и газопроводов.

Изобретение относится к импульсным рентгеновским трубкам с взрывной эмиссией электронов промышленного применения и может быть использовано при разработке и производстве импульсных рентгеновских аппаратов для дефектоскопии металлоконструкций, а также в аппаратуре для регистрации быстропротекающих процессов.

Изобретение относится к способу восстановления или изготовления мишени распыления или анода рентгеновской трубки, в котором поток газа образует газопорошковую смесь с порошком из материала, выбранного из группы, состоящей из ниобия, тантала, вольфрама, молибдена, титана, циркония, смесей двух или более из них и их сплавов с по меньшей мере двумя из них или с другими металлами.

Изобретение относится к использованию мягкого рентгеновского излучения для исследования сверхгладких оптических поверхностей и многослойных элементов, в частности для аттестации оптических элементов дифракционного качества. Устройство содержит установленные на плите трехкоординатный прецизионный стол с размещенными на нем рентгеновской трубкой, излучающей в мягком рентгеновском диапазоне, и ионным источником для чистки мишени, камеру монохроматора с установленными в ней монохроматором и монитором интенсивности зондирующего пучка, и камеру для исследуемых образцов с размещенным в ней пятиосным гониометром. Камера монохроматора и камера для исследуемых образцов соединены между собой через первый шибер, в качестве монохроматора использован сферический объектив Шварцшильда, камера монохроматора соединена с магниторазрядным насосом, а камера для исследуемых образцов через второй шибер последовательно соединена с турбомолекулярным и форвакуумным безмасляным насосами, соответственно. Технический результат - повышение интенсивности квазипараллельного пучка мягкого рентгеновского излучения на исследуемом образце и возможность изучения шероховатости образцов с криволинейной формой поверхности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх