RU176453U1 - X-ray generator during deformation of a piezoelectric in vacuum - Google Patents
X-ray generator during deformation of a piezoelectric in vacuum Download PDFInfo
- Publication number
- RU176453U1 RU176453U1 RU2017121178U RU2017121178U RU176453U1 RU 176453 U1 RU176453 U1 RU 176453U1 RU 2017121178 U RU2017121178 U RU 2017121178U RU 2017121178 U RU2017121178 U RU 2017121178U RU 176453 U1 RU176453 U1 RU 176453U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ray
- vacuum
- piezoelectric elements
- piezoelectric
- high voltage
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- X-Ray Techniques (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области рентгеновской техники и может быть использована для генерации рентгеновского излучения, применяемого в рентгенографии и рентгеноскопии, рентгенотерапии, рентгеновской дефектоскопии, рентгеноструктурном и рентгенофлуоресцентном анализах. Устройство содержит два пьезоэлемента, соединенные между собой через катод в виде высоковольтного электрода, анод, выполненный в виде двух заземленных электродов, и два актюатора, которые заземлены и не изолированы от высоковольтного электрода, кроме того, пьезоэлементы, высоковольтный и заземленный электроды находятся в вакууме, а актюаторы расположены вне вакуума. Предлагаемое устройство найдет применение в рентгенотерапии - разделе лучевой терапии, охватывающем теорию и практику лечебного применения рентгеновских лучей, генерируемых при напряжении 20-60 кВ. Также предлагаемое устройство может использоваться для рентгенофлуоресцентного анализа различных структур, калибровки различных рентгеновских приборов. Независимость устройства от электрических источников питания делает его выгодным инструментом для применения в полевых и экстремальных условиях. Также предлагаемое устройство может использоваться в рентгеновской дефектоскопии – выявление дефектов в изделиях с помощью рентгеновских лучей. The utility model relates to the field of X-ray technology and can be used to generate X-ray radiation used in radiography and fluoroscopy, radiotherapy, X-ray flaw detection, X-ray diffraction and X-ray fluorescence analyzes. The device contains two piezoelectric elements connected to each other through a cathode in the form of a high voltage electrode, an anode made in the form of two grounded electrodes, and two actuators that are grounded and not isolated from the high voltage electrode, in addition, the piezoelectric elements, high voltage and grounded electrodes are in vacuum, and actuators are located outside the vacuum. The proposed device will find application in x-ray therapy - a section of radiation therapy, covering the theory and practice of the therapeutic use of x-rays generated at a voltage of 20-60 kV. Also, the proposed device can be used for x-ray fluorescence analysis of various structures, calibration of various x-ray devices. The independence of the device from electrical power supplies makes it a profitable tool for use in field and extreme conditions. Also, the proposed device can be used in x-ray inspection - the identification of defects in products using x-rays.
Description
Генератор рентгеновского излучения при деформации пьезоэлектрика в вакууме.X-ray generator during deformation of a piezoelectric in vacuum.
Полезная модель относится к области рентгеновской техники и может быть использована для генерации рентгеновского излучения, применяемого в рентгенографии и рентгеноскопии, рентгенотерапии, рентгеновской дефектоскопии, рентгеноструктурном и рентгенофлуоресцентном анализах.The utility model relates to the field of X-ray technology and can be used to generate X-ray radiation used in radiography and fluoroscopy, radiotherapy, X-ray flaw detection, X-ray diffraction and X-ray fluorescence analyzes.
Наиболее распространённый и традиционный способ генерации рентгеновского излучения – это рентгеновские трубки, применяющие высокое напряжения к катоду, который эмитирует электроны. Электроны, в свою очередь, под действием разницы потенциалов между катодом и анодом ускоряются на анод и при торможении в нем производят рентгеновское излучение. Одним из первых подобных устройств, работа которых основана на таком принципе, является «Рентгеновская трубка», описанная в патенте US 1946312 A (публ. 06.02.1934 г.). А в более поздней работе с таким же названием «Рентгеновская трубка», описанная в патенте US 3649861 A (публ. 14.03.1972 г.), предлагается создание такой конструкции, которая позволяет реализовать два фокусных пятна в одной рентгеновской трубке.The most common and traditional way to generate x-rays is to use x-ray tubes that apply high voltage to a cathode that emits electrons. Electrons, in turn, under the influence of the potential difference between the cathode and the anode are accelerated to the anode and when braking in it produce x-ray radiation. One of the first such devices, the operation of which is based on this principle, is the "X-ray tube" described in patent US 1946312 A (publ. 02/06/1934). And in a later work with the same name “X-ray tube”, described in patent US 3649861 A (publ. March 14, 1972), it is proposed to create such a design that allows you to implement two focal spots in one x-ray tube.
В дальнейшем, схема генерации рентгеновского излучения неоднократно модернизировалась, но основной принцип действия сохранялся. Например, одно из последних известных изобретений «Источник рентгеновского излучения, способ генерации рентгеновского излучения, а также применение источника рентгеновского излучения, испускающего монохроматическое рентгеновское излучение», описанный в патенте RU 2608189 (публ. 17.01.2017 г.), предполагает использование аэрогеля в качестве мишени для генерации монохроматического рентгеновского излучения. Subsequently, the X-ray generation scheme was repeatedly modernized, but the basic principle of operation was preserved. For example, one of the latest known inventions, “X-ray source, method for generating x-ray radiation, as well as the use of an x-ray source emitting monochromatic x-ray radiation”, described in patent RU 2608189 (publ. 01/17/2017), involves the use of airgel as targets for the generation of monochromatic x-ray radiation.
Общими недостатками традиционных устройств являются большие энергозатраты, связанные, прежде всего, с необходимостью применения блока высоковольтного питания и прогрева катода до высоких температур.The common disadvantages of traditional devices are high energy costs, associated primarily with the need to use a high-voltage power supply unit and warm the cathode to high temperatures.
Другой известный способ генерации рентгеновского излучения основан на применении пироэлектрического эффекта в пироэлектрических кристаллах. Данный эффект заключается в том, что при изменении температуры пироэлектрического кристалла, на поверхности кристалла генерируется высокий потенциал, знак которого зависит от направления изменения температуры и используется для ускорения электронов к мишени или к кристаллу и дальнейшей генерации рентгеновского излучения при торможении электронов. На таком принципе работы основано устройство под названием «Рентгеновская трубка», описанное в патенте US 3840748 A (публ. 08.10.1974 г.). Another known method for generating x-rays is based on the application of the pyroelectric effect in pyroelectric crystals. This effect consists in the fact that when the temperature of the pyroelectric crystal changes, a high potential is generated on the surface of the crystal, the sign of which depends on the direction of the temperature change and is used to accelerate the electrons to the target or to the crystal and further generate x-rays during electron braking. Based on this principle of operation, a device called the “X-ray tube” is described, which is described in US Pat. No. 3,807,748 A (publ. 08/10/1974).
Недостатком этого способа, основанного на пироэлектрическом эффекте, является нестабильность процесса генерации излучения в пироэлектрических кристаллах при изменении их температуры. The disadvantage of this method, based on the pyroelectric effect, is the instability of the process of generating radiation in pyroelectric crystals with a change in their temperature.
Известны устройства, в которых для генерации рентгеновского излучения предлагается использовать источник высокого напряжения, работающий на пьезоэлектрическом эффекте. Одно из таких устройств, под названием «Метод и система для высоковольтного пьезоэлектрического источника рентгеновского излучения», описано в патенте US 9287080 B2 (публ. 15.03.2016 г.) и является наиболее близким к предлагаемому устройству. Такое техническое решение предназначено для генерации рентгеновского излучения и состоит из: рентгеновской вакуумной камеры, в которой расположен сам механизм данного устройства, пьезоэлектрического цилиндра, расположенного внутри цилиндрической камеры, который подвергаются импульсному или сжимающему вибрационному воздействию. В результате такого воздействия, пьезоэлектрический материал индуцирует заряд, пропорциональный напряжению, входной силе колебаний или импульсу, который скапливается на катоде. Электроны ускоряются от катода и производят рентгеновское излучение в аноде внутри цилиндрической керамики. При этом высоковольтный конец цилиндрической керамики подвергается силе от актюатора через изолятор.Devices are known in which it is proposed to use a high voltage source operating on a piezoelectric effect to generate x-ray radiation. One of such devices, called "Method and system for a high-voltage piezoelectric source of x-ray radiation", is described in patent US 9287080 B2 (publ. March 15, 2016) and is the closest to the proposed device. Such a technical solution is intended to generate x-ray radiation and consists of: an x-ray vacuum chamber, in which the mechanism of this device is located, a piezoelectric cylinder located inside the cylindrical chamber, which is subjected to pulsed or compressive vibration. As a result of this action, the piezoelectric material induces a charge proportional to the voltage, the input vibrational force, or the pulse that accumulates at the cathode. Electrons are accelerated from the cathode and produce x-rays in the anode inside cylindrical ceramics. In this case, the high-voltage end of the cylindrical ceramic is subjected to force from the actuator through the insulator.
Недостатком описанного устройства является обязательное использование высоковольтного источника питания и изоляционных материалов между элементами конструкции.The disadvantage of this device is the mandatory use of a high voltage power source and insulation materials between structural elements.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание устройства, позволяющего генерировать рентгеновское излучение путем деформации пьезоэлементов в условиях вакуума.The task to which the proposed technical solution is directed is to create a device that allows to generate x-ray radiation by deformation of piezoelectric elements in a vacuum.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства, генератора рентгеновского излучения при деформации пьезоэлектрика в вакууме, содержащего пьезоэлемент, катод, анод и актюатор, причем устройство содержит два пьезоэлемента соединенные между собой через катод в виде высоковольтного электрода, анод выполненный в виде двух заземленных электродов и два актюатора, которые заземлены и не изолированы от высоковольтного электрода, кроме того, пьезоэлементы, высоковольтный и заземленный электроды находятся в вакууме, а актюаторы расположены вне вакуума.The problem is solved using the proposed device, the x-ray generator during deformation of the piezoelectric in vacuum, containing the piezoelectric element, cathode, anode and actuator, and the device contains two piezoelectric elements connected to each other through the cathode in the form of a high voltage electrode, the anode made in the form of two grounded electrodes and two actuators that are grounded and not isolated from the high-voltage electrode, in addition, piezoelectric elements, high-voltage and grounded electrodes are in vacuum, and s are arranged outside the vacuum.
Предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что пьезоэлементы, высоковольтный и заземленный электроды находятся в вакууме, а актюаторы расположены вне вакуума и заземлены, также не требуется изоляционный материал между высоковольтным электродом и актюаторами, что позволяет уменьшить емкость между высоковольтным электродом и землей, и увеличивает напряжение, энергию электронов, ускорение которых осуществляется снаружи пьезоэлементов, а не внутри, как в прототипе и, как следствие, увеличивает энергию генерируемого рентгеновского излучения.The proposed device differs from the prototype in that the piezoelectric elements, the high-voltage and grounded electrodes are in vacuum, and the actuators are located outside the vacuum and are grounded, and insulating material between the high-voltage electrode and actuators is not required, which reduces the capacitance between the high-voltage electrode and ground, and increases the voltage , the energy of electrons, the acceleration of which is carried out outside the piezoelectric elements, and not inside, as in the prototype and, as a result, increases the energy of the generated x-ray th radiation.
Первое преимущество предлагаемой полезной модели заключается в отсутствии каких-либо электромагнитного и термического воздействий, как в рентгеновских трубках с термокатодом или пироэлектрических источниках, на источник электрического поля (пьезоэлементы), что позволяет осуществлять генерацию рентгеновского излучения при существенно меньших энергозатратах. Второе преимущество состоит в отсутствии внешнего блока высоковольтного питания, потому что высокое напряжение вырабатывается внутри вакуумной металлической камеры. Третье преимущество заключается в высоковольтной безопасности, потому что в случае нарушения вакуума заряд с высоковольтного электрода стекает на землю и высокое напряжение исчезает. Четвертое преимущество заключается в возможности генерировать рентгеновской излучение как при увеличении силы воздействия на пьезоэлементы (при этом анодом служит, например, высоковольтный электрод), так и при уменьшении силы воздействия (при этом анодом служат, например, заземленный электрод). Пятое преимущество заключается в отсутствии изолятора между высоковольтным электродом и актюатором, что позволяет уменьшить емкость и увеличить энергию генерируемого рентгеновского излучения.The first advantage of the proposed utility model is the absence of any electromagnetic and thermal effects, as in x-ray tubes with a thermal cathode or pyroelectric sources, on the electric field source (piezoelectric elements), which allows the generation of x-ray radiation at significantly lower energy costs. The second advantage is the absence of an external high-voltage power supply, because high voltage is generated inside a vacuum metal chamber. The third advantage is high voltage safety, because in the event of a vacuum breaking, the charge from the high voltage electrode flows to the ground and the high voltage disappears. A fourth advantage is the ability to generate x-rays both when the force applied to the piezoelectric elements is increased (in this case, for example, a high-voltage electrode serves as an anode), and when the force is reduced (in this case, for example, a grounded electrode serves as an anode). The fifth advantage is the absence of an insulator between the high-voltage electrode and the actuator, which reduces the capacitance and increases the energy of the generated x-ray radiation.
Технический результат предлагаемого устройства заключается в увеличении генерации рентгеновского излучения, за счет использования высоковольтного электрода между пьезоэлементами для сбора индуцируемого заряда и механизма деформации находящихся в вакууме пьезоэлементов. Данный механизм заключается в контролируемом воздействии на пьезоэлементы только внешней силой и не предусматривает каких-либо электромагнитных и термических воздействий.The technical result of the proposed device is to increase the generation of x-ray radiation due to the use of a high-voltage electrode between the piezoelectric elements to collect the induced charge and the deformation mechanism of the piezoelectric elements in the vacuum. This mechanism consists in a controlled effect on the piezoelectric elements only by external force and does not provide any electromagnetic and thermal effects.
Полезная модель поясняется чертежом.The utility model is illustrated in the drawing.
Фиг. 1 - функциональная схема устройства.FIG. 1 is a functional diagram of a device.
Устройство состоит из двух пьезоэлементов 1, высоковольтного электрода 2, двух заземленных электродов 3 и двух актюаторов 4.The device consists of two
Пьезоэлементы (сегнетоэлектрические, пьезоэлектрические кристаллы или пьезоэлектрическая керамика) 1 выполнены в форме цилиндра или параллелепипеда и соединены между собой через высоковольтный электрод 2, изготовленный из проводящего материала. Высоковольтный электрод 2 предназначен для генерации высокого напряжения. Заземленные электроды 3 представляют собой тонкие металлические пластины и заземлены через провод, соединенный с общей землей. С поверхности заземленных электродов 3 происходит ускорение электронов и генерация рентгеновского излучения. Механизм деформации реализуется путем непосредственного воздействия на пьезоэлементы 1. Актюаторы 4 представляют собой металлические цилиндры и обеспечивают связь механизма деформации, находящегося вне вакуумной камеры с пьезоэлементами 1, которые расположены внутри вакуумной камеры. Устройство механизма деформации зависит от способа конкретного применения, а сила воздействия является контролируемой. Возможно осуществление механизма деформации с помощью электродеформационной машины или с помощью дополнительных пьезодвигателей. Piezoelectric elements (ferroelectric, piezoelectric crystals or piezoelectric ceramics) 1 are made in the form of a cylinder or parallelepiped and are interconnected via a high-
Работает устройство при давлении остаточного газа в вакуумной камере 0.001 – 1000 мТорр. Пьезоэлементы 1, высоковольтный электрод 2, и два заземленных электрода 3 помещены в вакуумную камеру, а два актюатора 4 расположены вне вакуумной камеры. При приложении механической силы к актюаторам 4, осуществляя механизм деформации, пьезоэлементы 1 вырабатывают заряд, при этом пьезоэлементы 1 должны быть ориентированы так, чтобы в центре потенциал был отрицательным, а на противоположных концах пьезоэлементов 1 потенциал был положительным. Отрицательный потенциал на высоковольтных электродах 2, позволяет ускорить электроны в направлении от высоковольтных электродов 2 к заземленным электродам 3. Ускоренные электроны, попадая в стенки вакуумной камеры или на специальную мишень, генерируют рентгеновское излучение элементов, которые входят в состав стенки вакуумной камеры или специальной мишени. Деформацию определяет величина напряжения, равная отношению, приложенной силы к площади пьезоэлементов 1. При снятии нагрузки, приложенной к актюаторам 4, на высоковольтном электроде 2 вырабатывается положительный потенциал, в результате чего, электроны ускоряются на высоковольтный электрод 2 и производят рентгеновское излучение при торможении в заземленном электроде 3. При увеличении силы воздействия на пьезоэлементы 1 высоковольтный электрод выступает в роли катода, а заземленный электрод – в роли анода, а при уменьшении прикладываемой силы высоковольтный электрод выступает в роли анода, а заземленный электрод – в роли катода.The device operates at a residual gas pressure in the vacuum chamber of 0.001 - 1000 mTorr.
В качестве примера осуществления работы предлагаемого устройства, использовались пьезоэлементы 1, выполненные из цирконата-титаната-бората свинца (ЦТБС-3м) в виде цилиндров размером 8 мм Ч 15 мм. Высоковольтный электрод 2 был изготовлен из меди (Cu) размером 9 мм Ч 5 мм. Заземленный электрод 3 представляет собой тонкую пластину в форме диска из цинка (Zn) размером 50 мм Ч 1 мм. Актюаторы 4размером 20 мм Ч 200 мм выполнены в форме цилиндров из алюминиевого сплава Д16Т. При воздействии на пьезоэлементы 1 механическим напряжением 100 Мпа было получено рентгеновское излучение с энергией до 50 keV, интегральной интенсивностью до 105 фотонов в секунду в течении 40 секунд.As an example of the operation of the proposed device, we used
Предлагаемое устройство найдет применение в рентгенотерапии - разделе лучевой терапии, охватывающий теорию и практику лечебного применения рентгеновских лучей, генерируемых при напряжении 20-60 кВ. Также предлагаемое устройство может использоваться для рентгенофлуоресцентного анализа различных структур, калибровки различных рентгеновских приборов. Независимость устройства от электрических источников питания делает его выгодным инструментом для применения в полевых и экстремальных условиях. Также предлагаемое устройство может использоваться в рентгеновской дефектоскопии – выявление дефектов в изделиях с помощью рентгеновских лучей. С помощью данного устройства возможно получать высокое напряжение, которое позволит ускорять заряженные частицы в заданном направление, что найдет применение в научных исследованиях.The proposed device will find application in x-ray therapy - a section of radiation therapy, covering the theory and practice of the therapeutic use of x-rays generated at a voltage of 20-60 kV. Also, the proposed device can be used for x-ray fluorescence analysis of various structures, calibration of various x-ray devices. The independence of the device from electrical power supplies makes it a profitable tool for use in field and extreme conditions. Also, the proposed device can be used in x-ray inspection - the identification of defects in products using x-rays. Using this device, it is possible to obtain high voltage, which will accelerate charged particles in a given direction, which will find application in scientific research.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017121178U RU176453U1 (en) | 2017-06-16 | 2017-06-16 | X-ray generator during deformation of a piezoelectric in vacuum |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017121178U RU176453U1 (en) | 2017-06-16 | 2017-06-16 | X-ray generator during deformation of a piezoelectric in vacuum |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU176453U1 true RU176453U1 (en) | 2018-01-19 |
Family
ID=68235193
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017121178U RU176453U1 (en) | 2017-06-16 | 2017-06-16 | X-ray generator during deformation of a piezoelectric in vacuum |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU176453U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU204288U1 (en) * | 2021-03-02 | 2021-05-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Miniature Piezoelectric X-ray Generator |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2480159C1 (en) * | 2011-09-08 | 2013-04-27 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский технологический институт "Техномаш" (ОАО ЦНИТИ "Техномаш") | Device for generation of targeted pulse x-ray radiation |
US9287080B2 (en) * | 2014-06-05 | 2016-03-15 | Bruker Axs Handheld, Inc. | Method and system for a piezoelectric high voltage x-ray source |
RU2592636C2 (en) * | 2011-03-11 | 2016-07-27 | Те Риджентс Оф Те Юниверсити Оф Калифорния | Triboelectric x-ray source |
-
2017
- 2017-06-16 RU RU2017121178U patent/RU176453U1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2592636C2 (en) * | 2011-03-11 | 2016-07-27 | Те Риджентс Оф Те Юниверсити Оф Калифорния | Triboelectric x-ray source |
RU2480159C1 (en) * | 2011-09-08 | 2013-04-27 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский технологический институт "Техномаш" (ОАО ЦНИТИ "Техномаш") | Device for generation of targeted pulse x-ray radiation |
US9287080B2 (en) * | 2014-06-05 | 2016-03-15 | Bruker Axs Handheld, Inc. | Method and system for a piezoelectric high voltage x-ray source |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU204288U1 (en) * | 2021-03-02 | 2021-05-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Miniature Piezoelectric X-ray Generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8755493B2 (en) | Apparatus for producing X-rays for use in imaging | |
KR101914504B1 (en) | A triboelectric x-ray source | |
CN104364876B (en) | X-ray source, use thereof and method for producing X-rays | |
RU176453U1 (en) | X-ray generator during deformation of a piezoelectric in vacuum | |
US4210813A (en) | Ionizing radiation generator | |
WO2015047473A2 (en) | Low-power, compact piezoelectric particle emission | |
Górecka-Drzazga | Miniature X-ray sources | |
JP4953382B2 (en) | X-ray generator using heteropolar crystal | |
Ivashchuk et al. | Pyroelectric accelerator and X-ray source in pulsed mode | |
RU199119U1 (en) | Pulsed piezoelectric accelerator | |
JP4056970B2 (en) | X-ray generator using heteropolar crystal | |
RU183140U1 (en) | Pulse pyroelectric accelerator | |
RU209775U1 (en) | Pulsed piezoelectric X-ray source | |
US9330878B2 (en) | Electromechanical x-ray generator | |
Ivashchuk et al. | Quartz accelerator of charged particles | |
RU204288U1 (en) | Miniature Piezoelectric X-ray Generator | |
US9287080B2 (en) | Method and system for a piezoelectric high voltage x-ray source | |
Ivashchuk et al. | X-ray generation during piezoelectric lighter operation in vacuum | |
RU184642U1 (en) | Pyroelectric X-ray Source | |
RU196850U1 (en) | Miniature X-ray source using a pyroelectric crystal and a semiconductor diode | |
Fukao et al. | Radiation of x-rays using polarized LiNbO 3 single crystal in low-pressure ambient gas | |
VanGordon et al. | Characterization of high-voltage lithium niobate piezoelectric transformers | |
Ivashchuk et al. | Ion generation by tungsten filament for pyroelectric pulsed accelerator | |
US3719824A (en) | Pulse x-ray with pulse field enhancement of film response | |
Takai et al. | Development of a tiny X-ray source controlled by laser light for medical application |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190114 Effective date: 20190114 |