Искровой разрядник

Авторы патента:

ХАЙД Оливер (DE)

СИРТЛ Дженнифер (DE)

ХЬЮЗ Тимоти (DE)

H01J35/02 - конструктивные элементы и особенности

Владельцы патента RU 2608364:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение относится к области рентгенотехники. Искровой разрядник содержит катод (12) и анод (11). В соответствии с изобретением искровой разрядник центральной частью (13) разделен на два отдельных искровых разрядника, а именно искровой разрядник (14) высокого давления и эффективный искровой разрядник (15). Эффективный искровой разрядник (15) может, например, применяться для генерации монохроматического рентгеновского излучения (26). Для обеспечения определенного момента времени включения используется искровой разрядник (14) высокого давления, который сначала включается. При включении на центральной части создается такой высокий потенциал, что эффективный искровой разрядник (15) при включении разрядника (14) высокого давления без существенных запаздываний при значительно превышенном напряжении может тоже включаться. Технический результат - повышение надежности генерации рентгеновского излучения в заданный момент времени. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение касается искрового разрядника, включающего в себя анод и катод.

Искровой разрядник вышеназванного рода описан, например, в DE 2259382. При этом речь идет об источнике рентгеновского излучения, в котором для генерации рентгеновского излучения используется искровой разрядник. Искровой разрядник состоит из анода и катода, при этом анод используется в качестве мишени для генерации рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение возникает, когда в искровом разряднике зажигается электрическая дуга, которая возбуждает мишень для испускания рентгеновского излучения.

Для применения рентгеновского излучения желательно, если искровой разрядник имеет как можно более определенный момент зажигания. Поэтому задачей изобретения является предложить искровой разрядник, с помощью которого может реализовываться как можно более определенный момент зажигания.

Эта задача в соответствии с изобретением решается с помощью указанного выше искрового разрядника за счет того, что искровой разрядник включает в себя искровой разрядник высокого давления и эффективный искровой разрядник, которые соединены друг с другом средней частью. При этом искровой разрядник выполнен между катодом и средней частью. Средняя часть посредством проводника, в котором предусмотрено электрическое сопротивление, соединена с анодом. Эффективный искровой разрядник выполнен между средней частью и анодом. Эта система позволяет получить предпочтительно очень определенный момент зажигания, причем этот момент зажигания обеспечен следующим механизмом зажигания.

Система из искрового разрядника высокого давления и эффективного искрового разрядника представляет собой последовательную схему. Однако средняя часть через сопротивление соединена с анодом. Для зажигания эффективного искрового разрядника ко всей системе подается нарастающее напряжение. Так как искровой разрядник высокого давления наполнен газом, который находится под высоким давлением, здесь обеспечен сравнительно высокий разрядный потенциал. Во время нарастания напряжения на эффективном искровом разряднике еще нет требуемой для включения разности потенциала, так как этот разрядник соединен со средней частью, что в этот момент времени можно приравнять к подключению к массе. Как только достигнут сравнительно определенный момент включения искрового разрядника высокого давления, этот разрядник зажигается. Тогда при пробое в искровом разряднике высокого давления образуется электрическая дуга, которая равнозначна низкоимпедансному соединению катода со средней частью. При этом на эффективном искровом разряднике мгновенно возникает потенциал, который лежит значительно выше необходимого потенциала зажигания эффективного искрового разрядника. Поэтому он надежно зажигается в определенный момент времени вследствие запущенной цепной реакции. При зажигании искрового разрядника высокого давления возникает необходимое напряжение, причем моментально (крутизна изменения напряжения в зависимости от времени чрезвычайно высока).

По одному из вариантов осуществления изобретения сопротивление составляет от 100 до 1000 МОм. При этом обеспечено, что происходит включение эффективного искрового разрядника, так как подаваемое напряжение вследствие высокого сопротивления не может падать на проводнике, который соединяет среднюю часть с анодом.

По другому варианту осуществления изобретения предусмотрено, что эффективный искровой разрядник предусмотрен для генерации рентгеновского излучения. В качестве мишени для генерации рентгеновского излучения используется анод. При этом рентгеновское излучение может обеспечиваться в определенный момент времени включения. Это является важной предпосылкой для разных случаев применения. Например, рентгеновское излучение может применяться для методов получения изображений, например, в источнике рентгеновского излучения в виде вспышек.

По одному из особых вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что с помощью анода может генерироваться монохроматическое рентгеновское излучение. Если для генерации монохроматического рентгеновского излучения используется эффективный искровой разрядник, то для генерации может предпочтительно предоставляться достаточно высокий импульс, чтобы монохроматическое рентгеновское излучение обеспечивалось в объеме, достаточном для преследуемых исследовательских целей. Монохроматическое рентгеновское излучение может, например, генерироваться, когда в качестве мишени используется очень тонкая металлическая фольга, например, из алюминия или другого легкого металла. В качестве материала мишени могут также использоваться лантаноиды. Легкими металлами в смысле этой заявки называются металлы и их сплавы, плотность которых составляет менее 5 г/см³. В частности, это определение относится к следующим легким металлам: все щелочные металлы, все щелочноземельные металлы, кроме радия, кроме того, скандий, иттрий, титан и алюминий. Другими предпочтительными группами материалов для образования мишени являются вольфрам, молибден и группа лантаноидов. При этом, в частности, в случае элемента лантана речь идет о 14 элементах, следующих в периодической системе за лантаном.

Для технической реализации источника рентгеновского излучения предпочтительно, если эффективный искровой разрядник помещен в вакуумируемый корпус, в котором также предусмотрено прозрачное окно для рентгеновского излучения и из которого может выводиться рентгеновское излучение. Коллектор служит для того, чтобы электростатически затормаживать ускоренный анодом поток электронов и при этом отбирать у него кинетическую энергию настолько, чтобы при ударении электронов о коллектор кинетическая энергия была ниже того уровня, который требуется для генерации тормозного излучения. Таким образом, предотвращается паразитная генерация широкополосного тормозного излучения, которое в ином случае накладывалось бы на генерируемое анодом монохроматическое характеристическое излучение.

Кроме того, предпочтительно, если анод, средняя часть и катод расположены коаксиально. Предпочтительно, кроме того, если анод, средняя часть и катод выполнены центрально-симметрично относительно общей оси. Благодаря этому сокращается до минимума образование индуктивностей, которые негативно влияли бы на временной режим импульсов искровых разрядников (время нарастания импульсного тока).

Другие подробности изобретения описаны ниже с помощью чертежа. Одинаковые или соответствующие друг другу элементы чертежа всегда снабжены одинаковыми ссылочными обозначениями и поясняются повторно только в той мере, в какой имеются различия между отдельными фигурами. Показано:

фиг. 1 - схематично конструкция одного из примеров осуществления предлагаемого изобретением искрового разрядника с изображением процесса включения без использования функции коллектора, и

фиг. 2 - схематично геометрическая конфигурация искрового разрядника в соответствии с фиг. 1 в сечении с изображением коллектора.

Из фиг. 1 становится ясна конструкция предлагаемого изобретением искрового разрядника. Этот разрядник имеет анод 11 и катод 12. Между анодом 11 и катодом 12 включена средняя часть 13, так что образуются два искровых разрядника, а именно искровой разрядник 14 высокого давления и эффективный искровой разрядник 15. Кроме того, средняя часть 13, которая выполняет функцию анода для эффективного искрового разрядника 15, через проводник 16 и сопротивление 17 с большим омическим сопротивлением привязана к анодному потенциалу.

Для искрового разрядника высокого давления, для которого применяется наполнение газом с высоким давлением, средняя часть 13 образует катод. В качестве газов для наполнения искрового разрядника высокого давления могут использоваться инертные газы. Искровой разрядник высокого давления отличается определенным режимом 18 включения, при этом при определенном нарастании U напряжения с известной крутизной по прошествии определенного времени t достигается точка включения. По точке включения (t_вкл/U_вкл) может сравнительно точно предсказываться момент времени включения эффективного искрового разрядника. Как уже пояснялось, в случае включения искрового разрядника высокого давления сразу же имеется собственно необходимый потенциал включения для включения эффективного искрового разрядника 15. Благодаря характеристике с низким омическим сопротивлением эффективного искрового разрядника 14 в момент времени включения эффективного искрового разрядника 14 средняя часть 13 имеет катодный потенциал. На сопротивление 17 теперь подается полное напряжение между катодом и анодом. Через сопротивление течет ток, определяемый значением сопротивления 17. Паразитные индуктивности сопротивления 17 дополнительно уменьшают обусловленное системой течение тока через сопротивление 17. Вследствие крутого нарастания напряжения между промежуточной частью 13 и анодом 11 режим разряда эффективного искрового разрядника 15 подвергается такому положительному влиянию, что в момент времени разряда эффективного искрового разрядника 15 подается значительно более высокое напряжение, чем это было бы возможно при обычном зажигании с низким градиентом нарастания напряжения. Включение эффективного искрового разрядника 15 в момент t_вкл времени примерно равно t₀, так как нарастание напряжения вследствие низкой индуктивности системы является экстремально крутым. Необходимый потенциал U_вкл включения эффективного искрового разрядника 15 значительно превышается этим экстремально крутым градиентом напряжения. В результате к эффективному искровому разряднику 15 в течение очень короткого времени (наносекунд) подается напряжение, значительно превышающее напряжение зажигания. При этом образуется сильный разряд через анод. Пробивное напряжение эффективного искрового разрядника 15 при этой системе в первую очередь зависит уже не от U_вкл, которое по существу зависит от геометрии и вакуума, а от подаваемого снаружи анодного напряжения и соответствующего исполнения искрового разрядника 14 высокого давления. Продолжительность разряда эффективного искрового разрядника определена мощностью системы и накопленной в ней энергии и паразитными индуктивностями в конструкции.

На фиг. 2 можно видеть, что система из анода 12, средней части 13, катода 11 и коллектора имеет коаксиальную конструкцию. Кроме того, все эти компоненты являются также центрально-симметричными относительно общей оси 22 коаксиальной конструкции. Искровой разрядник высокого давления помещен в первый корпус 23, причем этот первый корпус может наполняться надлежащим рабочим газом с требуемым давлением (устройство для наполнения подробно не изображено). Эффективный искровой разрядник 15 находится вместе с коллектором 21 во втором корпусе 24, который вакуумирован. Этот второй корпус имеет также окно 25, через которое рентгеновское излучение 26 может выводиться из корпуса и подводиться к месту применения.

1. Искровой разрядник, включающий в себя анод (11) и катод (12), при этом

- искровой разрядник имеет искровой разрядник (14) высокого давления и эффективный искровой разрядник (15), которые соединены друг с другом средней частью (13),

- искровой разрядник (14) высокого давления выполнен между катодом (12) и средней частью (13),

- средняя часть (13) посредством проводника (16), в котором предусмотрено электрическое сопротивление (17), соединена с анодом (11), и

- эффективный искровой разрядник (15) выполнен между средней частью (13) и анодом (11),

отличающийся тем,

что искровой разрядник (14) высокого давления помещен в первый корпус (23) и эффективный искровой разрядник помещен в вакуумируемый независимый второй корпус (24), в котором также предусмотрен анод в виде металлической фольги и коллектор (21) и из которого может выводиться рентгеновское излучение.

2. Искровой разрядник по п. 1,

отличающийся тем, что сопротивление имеет значение от 100 до 1000 МОм и, в частности, также погонную индуктивность.

3. Искровой разрядник по п. 1 или 2,

отличающийся тем, что эффективный искровой разрядник (15) предусмотрен для генерации рентгеновского излучения, при этом в качестве мишени для генерации рентгеновского излучения используется анод (11).

4. Искровой разрядник по п. 3,

отличающийся тем, что с помощью анода (11) может генерироваться монохроматическое рентгеновское излучение.

5. Искровой разрядник по одному из предыдущих пунктов,

отличающийся тем, что анод (11), средняя часть (13) и катод (12) расположены коаксиально.

6. Искровой разрядник по п. 5,

отличающийся тем, что анод (11), средняя часть (13) и катод (12) выполнены центрально-симметрично относительно общей оси.

Изобретение относится к области генерации высокоэнергетического излучения. Генератор высокоэнергетического излучения использует трение скольжения в среде низкого давления для генерации высокоэнергетического излучения, например рентгеновских лучей.

Способ и устройство для генерации рентгеновского излучения с использованием контактной электризации // 2596147

Источник рентгеновского излучения содержит ограничивающий корпус, первый валик, расположенный по меньшей мере частично внутри ограничивающего корпуса, второй валик, расположенный по меньшей мере частично внутри ограничивающего корпуса и находящийся в контакте качения с первым валиком, и приводной узел, функционально соединенный с первым и/или вторым валиком.

Трибоэлектрический рентгеновский источник // 2592636

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.

Центробежный z-пинч // 2586993

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.

Универсальная рентгеновская трубка для энергодисперсионных рентгеновских спектрометров // 2582310

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.

Источник электронов с автоэлектронным эмиттером и рентгеновская трубка с таким источником электронов // 2581833

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.

Многолучевая рентгеновская трубка // 2578675

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.

Миниатюрный рентгеновский излучатель // 2563879

Рентгеновская трубка электрического газового барьерного разряда для контроля металлических и газовых включений в полимерной кабельной изоляции // 2557013

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).

Импульсная рентгеновская трубка // 2524351

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.

Система формирования изображения для рентгенодиагностического комплекса и рентгенодиагностический комплекс // 2614984

Группа изобретений относится к рентгеновской аппаратуре и может быть использована при создании средств исследования в области радиологии. Система содержит блок детектирования сигнала изображения, блок управления, обеспечивающий задание по меньшей мере одного установочного параметра, определяющего параметры изображения, блок обработки сигнала изображения, блок визуализации, блок записи, архивации и хранения изображения, блок интеграции с оборудованием комплекса и блок интеграции с внешними системами, блок формирования обратной связи, блок калибровок. Блок детектирования содержит детектор рентгеновского излучения, блок формирования дополнительного сигнала и блок синхронизации. Блок формирования дополнительного сигнала выполнен с возможностью обеспечения неразрушающего считывания информации с детектора рентгеновского излучения. Система формирования изображения может найти применение в любом рентгеновском комплексе как встраиваемый модуль. В рентгеновском комплексе посредством цепи обратной связи: детектор рентгеновского излучения - блок формирования дополнительного сигнала - блок формирования обратной связи - рентгеновское питающее устройство - рентгеновский излучатель - блок детектирования реализована возможность в режиме реального времени отслеживать и поддерживать заранее заданные значения параметров съемки. Технический результат - повышение качества изображения без дополнительной лучевой нагрузки на объект исследования . 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Микроминиатюрный рентгеновский излучатель // 2640404

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. Излучатель выполнен как стеклянный баллон, состоящий из цилиндра с сечением любой подбираемой формы и двух стеклянных пластинок, приклеенных вакуумплотно легкоплавким стеклом к торцам цилиндра. В окно стенки цилиндра вклеен микроканальный элемент (МКЭ), к которому с внешней стороны герметично приклеена фольга легкого материала. Внутри баллона мишень-анод выполнена в виде подвешенной возле торца МКЭ мини-пластинки тугоплавкого материала или пленки электропроводящего подбираемого материала, нанесенного на скошенный к оси в направлении катода торец МКЭ. Катод выполнен как автоэмиссионный чип с пленочной микроструктурой. Управляющий электронный поток электрод выполнен в виде мелкоструктурной сетки, расположенной в непосредственной близости от катода. Технический результат - уменьшение габаритов устройства, применяющего заявленный излучатель, уменьшение потерь рентгеновского излучения; уменьшение электрических нагрузок на анод и катод и, как следствие, увеличение долговечности и стабильности работы прибора; расширение функциональных возможностей устройства за счет управления мощностью и частотой рентгеновского излучения в широких пределах. 2 ил.

Микрофокусная рентгеновская трубка // 2645749

Изобретение относится к прецизионной контрольно-измерительной технике нового поколения, и предназначено для улучшения аналитических, эксплуатационных и потребительских характеристик рентгеновского технологического и исследовательского оборудования, и может быть использовано в установках рентгеноскопии и рентгеноструктурного анализа объектов микроэлектроники, биологии, медицины. Аксиально-симметричный микрофокусный рентгеновский источник содержит катодно-модуляторный узел, фокусирующий электрод и анод, обеспечивающие эмиссию полого электронного потока с катода, ускорение потока и его фокусировку на аноде. В аноде вдоль оси симметрии системы выполнен воронкообразный канал, состоящий из конического раструба и цилиндрического канала, конический раструб которого, обращенный к катоду, отражает ускоренные и движущиеся параллельно оси электроны и направляет их на вход цилиндрического канала, в результате взаимодействия со стенкой которого электроны, испытывающие многократные упругие отражения, продвигаются к противоположному от конического раструба выходу цилиндрического канала и с определенной для конкретного материала анода вероятностью в каждом акте взаимодействия поглощаются стенкой канала, излучая рентгеновские кванты. Технический результат - повышение мощности рентгеновского излучения. 3 ил. .