Универсальная рентгеновская трубка для энергодисперсионных рентгеновских спектрометров



Универсальная рентгеновская трубка для энергодисперсионных рентгеновских спектрометров
Универсальная рентгеновская трубка для энергодисперсионных рентгеновских спектрометров

 


Владельцы патента RU 2582310:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) (RU)

Использование: для исследования элементного состава материалов. Сущность изобретения заключается в том, что универсальная рентгеновская трубка для энергодисперсионных рентгеновских спектрометров включает корпус, катод, фокусирующий электрод, анод с рабочей поверхностью, перпендикулярной направлению катод-анод, выходное бериллиевое окно, расположенное на боковой поверхности корпуса, и коллиматор, обеспечивающие выход излучения под углом от 5 до 8 градусов к поверхности анода, при этом анод выполнен двухслойным, поверхностный слой которого имеет толщину 3±1 мкм и выполнен из скандия, а его внутренний слой выполнен из родия и имеет толщину не менее 10 мкм. Технический результат: повышение контрастности и чувствительности при определении элементов, аналитические линии K-спектров которых расположены в диапазоне энергий от 2.3 до 3.5 кэВ (S-K). 2 ил.

 

Изобретение относится к области аналитической химии и технической физики, а также к различным областям науки и техники, где для исследования элементного состава материалов используется рентгеноспектральная энергодисперсионная аппаратура.

Как известно, в энергодисперсионной рентгеноспектральной аппаратуре в качестве источника возбуждения рентгеновских спектров обычно используются рентгеновские трубки мощностью до 10-50 Вт с родиевым анодом. Преимущества рентгеновских трубок с таким анодом, являющихся аналогами предлагаемого изобретения, заключаются в высокой эффективности возбуждения их тормозным и характеристическим излучением широкого круга химических элементов. Основным недостатком аналогов является наличие в их спектре излучения L-серии родия, расположенное в диапазоне энергий 2.37-3.44 кэВ, существенно снижающее чувствительность определения элементов от серы до калия. В частности, линии родия L1, Lα1 и Lγ1 на энергодисперсионном спектрометре не разрешаются с аналитическими линиями серы, хлора и калия соответственно.

К другой группе аналогов можно отнести рентгеновские трубки со сменяемыми подвижными анодами, к типичным представителям которых можно отнести патент СССР 183843 [1]. Недостатком этой группы аналогов является существенное усложнение конструкции трубок.

Прототипом предлагаемого изобретения является рентгеновская трубка с многослойным анодом, описанная в патенте EP 0127230 B1 [2]. Подробное описание работы такой трубки приведено в статье [3]. В качестве основного анода, наиболее удаленного от поверхности, облучаемой электронами, используется элемент с максимальным атомным номером Z (до урана включительно). Следующие слои, по мере приближения к поверхности анода, изготовлены из элементов с уменьшающимися атомными номерами, вплоть до поверхностного слоя, состоящего из титана (Z=22) или скандия (Z=21). Авторы показали, что такая трубка позволяет, меняя анодное напряжение, оптимизировать условия определения тех или иных групп элементов.

Основным недостатком прототипа, существенным, в частности, для трубки с массивным родиевым анодом и тонким слоем скандия или титана на нем, является возбуждение L-серии родия тормозным и характеристическим излучением поверхностного слоя. Это приводит к снижению контрастности и чувствительности при определении элементов, аналитические линии K-спектров которых расположены в диапазоне энергий от 2.3 до 3.5 кэВ (S-K).

Техническим результатом изобретения является повышение контрастности и чувствительности при определении элементов, аналитические линии K-спектров которых расположены в диапазоне энергий от 2.3 до 3.5 кэВ (S-K).

Для преодоления указанных трудностей и достижения поставленных целей предложена универсальная рентгеновская трубка, в которой на анод из родия или палладия нанесен слой скандия толщиной (d) 3±1 мкм. При анодном напряжении 7-8 кВ и падении электронного пучка перпендикулярно поверхности анода электронами возбуждается только скандий, поскольку электроны полностью поглощаются поверхностным слоем скандия. Окно рентгеновской трубки располагается на боковой поверхности корпуса трубки, обеспечивая выход излучения под углом к поверхности анода α порядка 5-8° (аналогично выходу излучения рентгеновских трубок для структурного анализа). Такая конструкция трубки при анодном напряжении порядка 7-8 кВ обеспечивает спектр первичного излучения, содержащий только характеристические линии скандия и соответствующий используемому анодному напряжению непрерывный спектр. Возбуждаемые тормозным спектром и характеристическим излучением скандия линии L-серии родиевого анода не выходят из трубки, так как они поглощаются слоем скандия, толщина которого L в направлении выхода излучения составляет около 30 мкм (L=d/sin(α)).

При анодном напряжении свыше 25-30 кВ пучок электронов пробивает слой скандия и возбуждает излучение массивного родиевого анода.

В универсальной трубке в качестве поверхностного слоя место скандия может быть использован титан.

Выявленные отличительные признаки в предложенном решении, а также их взаимосвязь не обнаружены в известных в науке и технике решениях на дату подачи заявки, следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 приведена принципиальная схема универсальной рентгеновской трубки.

Рентгеновская трубка, приведенная на фиг. 1, включает корпус трубки (1), катод трубки (2), фокусирующий электрод (3), анод (4), выходное бериллиевое окно (5) и коллиматор (6); поверхностный слой (7) анода имеет толщину 3±1 мкм и выполнен из скандия, а его внутренний слой (8) выполнен из родия и имеет толщину не менее 10 мкм.

Работа заявленной рентгеновской трубки осуществляется следующим образом.

Катод рентгеновской трубки (2) эмитирует электроны, которые фокусируются на аноде (4) с помощью фокусирующего электрода (3). При анодном напряжении до 7-8 кВ глубина проникновения электронов в скандий не превышает 1 мкм, т.е. электронному возбуждению подвергается только скандий. Возникающее в поверхностном слое скандия (5) тормозное и характеристическое излучение скандия, распространяясь вглубь анода, возбуждает характеристическое излучение L-серии родия, которое ввиду малого угла выхода используемого излучения практически полностью поглощается в слое скандия. Так, например, при угле выхода излучения α=6°, типичном для рентгеновских трубок для структурного анализа, и толщине слоя скандия 3 мкм пропускание наиболее интенсивной линии родия La1 с энергией 2.697 кэВ, почти совпадающей с энергией аналитической линии хлора, составляет около 2%. Таким образом, достигается практически полное исключение линий L-серии родия из возбуждающего излучения.

В качестве примера на фиг. 2 приведены рассчитанные спектры 0.01% водного раствора NaCl (11(E)) и чистой воды (10(E)), полученные с предлагаемой трубкой при анодном напряжении 7 кВ и токе 1 мА. В спектре воды присутствуют только рассеянный тормозной спектр и характеристические линии скандия. Линии L-серии родия в районе 2.7-3-х кэВ отсутствуют. В спектре NaCl на месте линий родия видны Kα линия хлора и почти не разрешенная от нее Kβ линия. Статистический предел обнаружения хлора в воде за 100 с составил 5×10-5%. Аналогичный эксперимент для кремния позволил получить статистический предел обнаружения 2×10-4%.

Приведенный пример подчеркивает эффективность принятого технического решения.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение контрастности и чувствительности при определении элементов, аналитические линии K-спектров которых расположены в диапазоне энергий от 2.3 до 3.5 кэВ (S-K).

Источники информации

1. АС 183843 СССР. МПК H01j. Рентгеновская трубка / Аб Э.А., Андрианова Г.М., Плотников Р.И., Хуцишвили Л.А. №8111955/28-25; заявл. 29.12.1962; опубл. 03.07.1970, бюл. №22.

2. EP №0127230 A1. X-ray tube comprising two successive of anode material / Diemer W.H., Kikkert J.N., Wagemans H.F.M. Priority: 25.05.1983. NL 8301839; publication 05.12.1984. Bui. 84/49.

3. J.N. Kikkert and J.J. Koning Evaluation of the New Generation of Dual-Anode X-ray Tube // Advances in X-ray analyzes. V. 28. P. 107-112, 1984.

Универсальная рентгеновская трубка для энергодисперсионных рентгеновских спектрометров, включающая корпус, катод, фокусирующий электрод, анод с рабочей поверхностью, перпендикулярной направлению катод-анод, выходное бериллиевое окно, расположенное на боковой поверхности корпуса, и коллиматор, обеспечивающие выход излучения под углом от 5 до 8 градусов к поверхности анода, отличающаяся тем, что анод выполнен двухслойным, поверхностный слой которого имеет толщину 3±1 мкм и выполнен из скандия, а его внутренний слой выполнен из родия и имеет толщину не менее 10 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретения относятся к электронной технике и рентгеновской технике, а именно к источнику электронов, предназначенному для использования в составе электронных приборов с автоэлектронной эмиссией, и одному из таких приборов - рентгеновской трубке.

Изобретение относится к области рентгеновской техники. Многолучевая рентгеновская трубка (1) для сканирования неподвижного объекта (13) в перекрещивающихся направлениях при ее статичном положении содержит размещенные в заземленном корпусе (2): вращающийся анод (3) с размещенной на его плоской поверхности плоской кольцевой мишенью (4); систему (5) источников электронов, размещенную над поверхностью мишени (4) и содержащую N источников (10) электронов для подачи N потоков (17) электронов, имеющих круглое поперечное сечение, управляющий электрод (22) для преобразования N потоков (17) электронов в N конфигурированных потоков (23) электронов, создающих на рабочей поверхности (4а) мишени (4) N источников (12) рентгеновского излучения в форме узких фигур, близких к прямоугольнику, протяженных в направлении окна (6) вывода и сходящихся в одну точку за окном вывода; неподвижные коллиматоры (27) для отбора излучения со всей площади источника (12) рентгеновского излучения в направлении окна (6) вывода и формирования рентгеновского луча (30) пирамидальной формы, охватывающей область рентгеновского излучения, имеющую наибольшую плотность энергии в луче, сопряженной с верхней (6а) и нижней (6 с) сторонами прямоугольника окна (6) вывода и имеющей прямоугольное основание (30а), охватывающее область (13) объекта, подлежащую сканированию.

Изобретение относится к рентгеновской технике, в частности к миниатюрным маломощным рентгеновским излучателям, и может быть использовано для создания устройств экспрессной диагностики и локального воздействия в медицине, технике, быту.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, для контроля металлических и газовых дефектных включений в полимерной кабельной изоляции с использованием рентгеновского излучения электрического газового барьерного разряда (ЭГБР).

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 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.

Источник мягкого рентгеновского излучения на основе разборной рентгеновской трубки относится к области рентгеновской техники и предназначен для использования в качестве источника мягкого рентгеновского излучения с различными длинами волн для калибровки приемников излучения.

Изобретение относится к области рентгеновской техники и может найти применение в медицине, научных исследованиях и оптоэлектронике. Рентгеновская трубка с модулируемым излучением содержит вакуумную оболочку с выводным окном, прозрачным для рентгеновского излучения, и размещенные внутри вакуумной оболочки источник электронов, фокусирующую электронную систему и анод, на поверхность которого нанесен слой металла мишени.

Изобретение относится к области рентгенотехники. Переносная рентгеновская система (200) имеет воспринимающее средство, чтобы обнаруживать, прикреплена ли отсеивающая решетка (230) к переносному детектору (240) или нет.

Группа изобретений относится к устройству и способу для генерации мощного оптического излучения, в частности, в области экстремального УФ (ЭУФ) или мягкого рентгеновского излучения в диапазоне длин волн примерно от 1 нм до 30 нм.

Изобретение может быть применено как импульсный источник нейтронов и рентгеновского излучения. Устройство состоит из импульсного источника питания и газоразрядной камеры с электродами и изотопами водорода. Электроды выполнены в виде коаксиальных расположенных один в другом электропроводных тел вращения с криволинейными образующими. Вокруг токоввода внутреннего электрода-анода установлен изолятор с диаметром, меньшим диаметра рабочей части анода и цилиндрической поверхностью между торцами электродов в камере. Токоввод катода - корпуса камеры размещен возле его центрального отверстия, через которое пропущены изолятор и токоввод анода. Для катода и анода зеркально симметрично выполнены дополнительные токовводы и изолятор соответственно возле дополнительного центрального отверстия катода. Два токоввода анода - трубчатые с зеркально симметричными многозаходными спиралями из наклонных прорезей, заполненных твердыми изоляторами. Спирали расположены по высоте в зонах напротив соответствующих зазоров между торцами электродов в камере. Технический результат - повышение термоядерного кпд. 1 ил.

Изобретение относится к области рентгеновской техники. Рентгеновский источник для генерации рентгеновских лучей по меньшей мере с одной узкой энергетической полосой содержит охватывающую камеру, первый контакт, скомпонованный с первой контактной поверхностью в охватывающей камере, второй контакт, скомпонованный со второй контактной поверхностью в охватывающей камере, и узел привода, функционально связанный с первым и/или со вторым контактом. Узел привода имеет такую структуру, чтобы во время работы обеспечивать многократно приведение в контакт первой контактной поверхности и второй контактной поверхности, и разделение их после соприкосновения. Первая контактная поверхность представляет собой поверхность первого трибоэлектрического материала, а вторая контактная поверхность представляет собой поверхность второго трибоэлектрического материала, причем поверхность первого трибоэлектрического материала обладает отрицательным трибоэлектрическим потенциалом относительно поверхности второго трибоэлектрического материала. Второй контакт содержит материал, который в своем составе содержит атомный элемент, у которого имеется возбужденное квантовое энергетическое состояние и который может быть возбужден электронами, переходящими из первой контактной поверхности ко второй контактной поверхности, так что при переходе из возбужденного состояния в состояние с более низкой энергией атомный элемент излучает рентгеновские лучи, энергия которых находится по меньшей мере в одной узкой энергетической полосе. Охватывающая камера имеет такую конструкцию, чтобы обеспечить регулирование окружающей атмосферы, в которой размещены первая и вторая контактные поверхности. Технический результат - упрощение рентгеновского источника. 2 н.и 25 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх