RU26685U1 - PULSE X-RAY TUBE - Google Patents

Description

Импульсная рентгеновская грубкаPulse x-ray coarse

Предлагаемая полезная модель относи ся к миниатюрным имнульсным рентгеновским трубкам, предназначенным для использования в мединине, научных исследованиях, различных технологических процессах, в частности для дефектоск-опии.The proposed utility model relates to miniature impulse x-ray tubes intended for use in medinine, scientific research, various technological processes, in particular, for defectoscopy.

Известна импульсная рентгеновская (смлшгент РФ №2160480, М.кл. НО J 35/00, 35/025, H05GLOZ опубл. 10.12.2000г.). позволяющая получать короткие импульсы (длительностьк порядка 1,5-10 с) мягкогс рентгеновского излучения с энергией квангов в диапазоне от 30 кэВ но 90 кэВ. Данная трубка содержит металлический корнлс с нрострельной мип1е чь о-анодом и окном для вывода рентгеновского излучения, катод. вн тренний изолирующий элемент. При этом мишень отделена от окна и кренигся во внутренней полости трубки с помощью двутс цилиндрических колец, имеющих зуб и паз., так. что величина зазора между мищенью и кагодом выбрана в нредслах соотношений or 1: 20 до 1: 5 к наружному диаметру катода, а изолирующий лемен1 может быть выполнен в виде кольца. Посколькл- мишень в лпнпой трубке отделена от окна для вьгеода рентгеновского излучения, oiui не требует дополнительног о заземления, ч го нозво.ыс осуществлять ее иснользование контактным способом.Known pulsed x-ray (smlsgent RF №2160480, M. Cl. BUT J 35/00, 35/025, H05GLOZ publ. 10.12.2000). which allows one to obtain short pulses (of a duration of the order of 1.5-10 s) of soft X-ray radiation with energies of kwangs in the range of 30 keV but 90 keV. This tube contains a metal corns with a nostril tube with an o-anode and a window for outputting x-ray radiation, a cathode. internal insulating element. In this case, the target is separated from the window and is tilted in the inner cavity of the tube with the help of two cylindrical rings having a tooth and a groove. that the gap between the target and the cage is selected in the nredles of the ratios or 1: 20 to 1: 5 to the outer diameter of the cathode, and the insulating tape1 can be made in the form of a ring. Since the target in the LDL tube is separated from the window for all the x-ray radiation, oiui does not require additional grounding, which can be used using the contact method.

В то же время данная трубка фебует донолнительной фокусирующей системы д-та нол чения сфокусированно ч.) ii чка рентгерювского изл чения, что увеличиваег ее габаритьг Диапазон рентгеновского излучения, обеснечиваемый при использовании такой трубки (от 30 кэВ до 90 кэВ) недостагочно широк, а фиксированная и слишком короткая Д1штельность имп льсоп порядка в ряде сл чаев не нозволяег решать онределенные технологические задачи, г.к. требует сложной регистрирующей аппаратуры.At the same time, this tube feigns a longer focusing system for the generation of radiation in a focused manner. a fixed and too short D1 number of impulses of order is not in some cases permissible to solve specific technological problems, requires sophisticated recording equipment.

Известна также импульсная рентгеновская трубка (см.С.А.Иванов, Г.А.Щукин Рентгеновские фубки технического назначения. Ленинград, Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1989т.. стр.127, рис.3.18), предназначенная для просвечивания сварных швов трубопроводов. Эта трубка содержит металлический корпус с прострельттым вольфрамовым протяженным анодом-мишенью, который нриварен непосредственно к торневому окну из ковара для вывода рентгеновского изл ченш1. кагод.Also known is a pulsed x-ray tube (see S.A. Ivanov, G.A. Shchukin. X-ray tubes for technical purposes. Leningrad, Energoatomizdat. Leningrad Branch, 1989. .. p. 127, Fig. 3.18), designed for translucency of welded joints of pipelines. This tube contains a metal casing with a shot-through tungsten extended target anode, which is nested directly to the torsion window from the covar to output X-ray radiation1. kagod.

МПК:110и35а2. 3500.02 H05Gl,02IPC: 110i35a2. 3500.02 H05Gl, 02

изготовленный в виде тонкостеиной вольфрамовой с заостренной кромкой. Катод закреплен на мета.плическом высоковольтном вводе, который, в свою очередь, соединен с мегаллическим корпусом посредством стеклянного изолирующего сгакана.made in the form of a thin-walled tungsten with a pointed edge. The cathode is mounted on a meta-plastic high-voltage input, which, in turn, is connected to the megallic casing by means of a glass insulating vapor.

Эта трубка 1акже требует дополни гельной фокусир ющой системы, имеет достаточно большие габариты и ooccncnri.uc; пол чение жесткого рентгеновского излучения с энергией квантов к диапазоне 150 кэВ - 170 кэВ и длительностью импульсов порядка Ю-с.This tube 1 also requires an additional gel focusing system, has sufficiently large dimensions and ooccncnri.uc; hard X-ray emission with a quantum energy of 150 keV - 170 keV and pulse durations of the order of 10 s.

Л,анная трубка выбрана за прототип.L, this tube is selected as a prototype.

Задачей полезной модели является получение высокоинтенсивного сфокусированного пучка рентгенонского излучения без использования дополнительной фокусирующей системы и без нрименения системы охлалсдения при одновременном расширении рабочего лиапа:п) работы Kaixvi;; (но длинам волн рентгеновского изл чения) и обеспечение возможности по.вчения импульсов с длительнс сгью порядка 10 -10 с. а также уменьшение габаритов трубки.The objective of the utility model is to obtain a high-intensity focused beam of X-ray radiation without using an additional focusing system and without using a cooling system while expanding the working liap: o) Kaixvi ;; (but the wavelengths of the x-ray radiation) and the possibility of receiving pulses with a duration of burst of the order of 10 -10 s. as well as reducing the dimensions of the tube.

Решение данной задачи обеспечивается в имнульсной рентгеновской трубке, содержащей корпус, который с одног о i сфна соединен с высоковольтным вводом в виде стержня из провод 1щсго материала, на конце которого, помещенного в вакчум. закрен.теп катод, напротив которого установлен прострельный анод, вакхлмно соединенный с торцевым окном для вывода рентгеновского) изщчения. отличающейся тем, что корпус выполнен из изолирующего материала, например стекла или керамики, катод выполнен точечным с площадью эмиссионной поверхносги. выбранной в пределах 10 10 ,м , а анод расположеп соосно катоду и выполнен в виде стержня из проводящего материала с площадью поперечного сечения не менее ю л . с вн гренним каналом, площадь поперечного сечения которого выбрана не менее 10 м -При этом расстояние между анодом и катодом составляет неThe solution to this problem is provided in an x-ray tube containing a housing, which is connected to a high-voltage input in the form of a rod from a wire of 1 material at one end of which is placed in a vacuum chamber. a closed cathode, opposite which a shooting anode is mounted, connected at the front with an end window to output X-ray refinement. characterized in that the casing is made of an insulating material, such as glass or ceramic, the cathode is made point with the area of the emission surface. selected within 10 10, m, and the anode is aligned with the cathode and made in the form of a rod of conductive material with a cross-sectional area of not less than 10 l. with an internal channel, the cross-sectional area of which is selected at least 10 m - while the distance between the anode and cathode is not

менее 10 .vf . и анод вак умно соединен с корпусом.less than 10 .vf. and the vak anode is cleverly connected to the housing.

Рассмотрим каким обра: ом указанные отличия обеснечиваю решение поставленной задачи.Let us consider in what way: oh, the indicated differences will deplete the solution of the task.

Применение точечного катода с нредельн(3 малой эмиссионной поверхностью в сочетании с использованием анода также имеющего жес гко ограниченную новерхность. обеспечивает ИМПУЛЬСНЫЙ ток I 10 - 10 А , что создает генерацию электронного пучкаThe use of a point cathode with an unlimited (3 small emission surface in combination with the use of an anode also having a strictly limited surface. Provides a PULSED current I 10 - 10 A, which creates the generation of an electron beam

При ускоряющих электроны напряжениях I 510 - 91() В на митпени выделяется импульсная мощиосль. Р - 10 - Ю вт. что гюзво.тает получать дозу рентгеновского излучения за один ИМПУЛЬС от 0,5 до 20 рентген.At electrons accelerating voltages I 510 - 91 () V, pulsed power is released at the mitpeni. P - 10 - 10 Tue that guzvo.taet to receive a dose of x-ray radiation for one IMPULSE from 0.5 to 20 x-rays.

В целом конструкция диодной системы, используемой в Г редлагаемом усгройсгве, R частности возможность нрименения достаточно протяженного промежутка апол-кагод I. - 10 м и не менее, позволяет подавать на систему анод-катод ускоряющее импульсное папряжение, регулируемое в широких пределах 1-й 5 90 кв. В свою очередь., предельно короткая д.типа волны рентгеновского излучения онределяется именно этим ускорякмщ м напряжением.On the whole, the design of the diode system used in the proposed installation, particularly the possibility of using a sufficiently long gap of apol-kagod I. - 10 m and not less, allows to apply accelerating pulsed acceleration to the anode-cathode system, which is widely adjustable 1st 5 90 sqm In turn., The extremely short d.type of the x-ray wave is determined precisely by this accelerating voltage.

I лопщдь эмиссионной поверхности точечного катода в соче 1ании с жесткоограниченной площадью анода - мишени определяет минимальный размер фоклсного пятна рентгеновского источника. Для данного устройства минимальная плои1адь пятна офаничивается каналом транспортировки электронного в телеI, the area of the emission surface of the point cathode in combination with a strictly limited area of the target anode determines the minimum focal spot size of the x-ray source. For this device, the minimum area of the spot is treated with a channel for transporting electronic in the body

анода и составляет.S - 10 м. Вместе с тем возможно регулирование размеров плоскости анод-мишень, на котор ю настает электронный нучок.the anode is S - 10 m. At the same time, it is possible to regulate the size of the plane of the target anode, on which the electronic knuckle comes.

Благодаря точечной конструкции кагода совместно с применяемой геомегрией диодной системы в целом данная рентгеновская стойчиБо работает в широком диапазоне длительностей нриложенных импульсов напряжения., причем длительность импульса можно менять в нределах Ти 10 - 10 с.Owing to the point design of the kagoda, together with the geomegria of the diode system as a whole, this X-ray stability operates in a wide range of durations of applied voltage pulses. Moreover, the pulse duration can be changed in the range of 10–10 s.

Небольшие габариты предлагаемой имнлльсной рентгеновской трубки обусловлены использованием сверхмалых элементов, комнлектуюших устройство, в часгности. анод имеег площадь поперечного сечения не менее 10 м . что определяет поперечное сечение устройства. В то же время разработанное усгройство консгруктивно представ шет собой прост ю и технологичную систему из двух электродов - анода. которт,Й одновременно с мишенью осуществляет функнию преобразования энергии электронного пучка в энергию рентгеновского излучения. и катода (источника электронного пучка), закрепленного на высоковольтном вводе. При этом система анод-катод помещена в вакуумируемук) колбу(корпус) из диэлектрического (изолир ющего) материала для обеспечения электрической изоляции катода от анода. Выбранная конструкция катода обеспечивает эффективпую рабоп услройства при давлении остаточных газов Р- 10 -10 тор. что упрощает технологию его изготовления.The small dimensions of the proposed x-ray tube are due to the use of ultra-small elements that complete the device, in particular. the anode has a cross-sectional area of at least 10 m. which determines the cross section of the device. At the same time, the developed device conservatively represents a simple and technological system of two electrodes - the anode. which, simultaneously with the target, carries out the function of converting the energy of the electron beam into x-ray energy. and a cathode (electron beam source) mounted on a high voltage input. In this case, the anode-cathode system is placed in an evacuated) flask (body) of dielectric (insulating) material to ensure electrical isolation of the cathode from the anode. The chosen cathode design provides an effective slave of the device at a residual gas pressure of P-10-10 torr. which simplifies the technology of its manufacture.

рентгеновского изл чсния, данная конструкция не ну/кдаегся к системе охлаждени$г. Р1спытания устройства при максимальных ИИгенсивностях рентгеновского изл чения ноказали, что разру1Г1ения мишени не происходит нри указанном ресурсе его эксплуагации.X-ray emission, this design is not well-suited to the $ g cooling system. Tests of the device at maximum radiation intensities of X-ray radiation have shown that the destruction of the target does not occur for the specified resource of its exploitation.

Консгрукция нредлагаемой имнульсной рентгеновской трубки схематически изображена на чертеже, согласно ко1-орому она содержит диэлектрический изолирующий корнус 1, нанример из стекла или керамики, внутренний объем которого . Левый торец корнуса имеет вакуумное соединение с анодом 2, вынолненным в виде стержня из нроводящего материала, с внутренним каналом 3 для транснортировки электронного . Анод 2 вакхумно соединен с пластиной из бериллиевой фольги. яв.;1яющейся прозрачным окном 4 для вывода рентгеновского из.л чения. На внутреннюю новерхность окна 4 в точке его сопряжения с выходом внутре1тнего канала 3 анода 2 нанесена металлическая нленка - л итт1ень 5. которая c.т,жит д.пя преобразования энергии электронного нучка в энергию рентгеновского излучения. Внугри корнуса 1 находится соединенный с ним высоковольтный ввод 6, на котором напротив анода 2 соосно с ним установлен точечный катод 7. имеющий электрический контакт с высоковольтным вводом 6. В системе анод 2 - окно 4 - миитень 5 все элементы имеют собой электрический контакт. К внешней части (но отношению к корт1ус i высоковольтного ввода 6 подключается генератор и i l льcиo;o напряжения (на чертеже не показанный).The construction of the proposed X-ray impulse tube is shown schematically in the drawing, according to which it contains a dielectric insulating corne 1, a nanomerior made of glass or ceramic, the inner volume of which. The left end of the corne has a vacuum connection with the anode 2, made in the form of a rod of conductive material, with an internal channel 3 for electron transport. Anode 2 is bacchumically connected to a beryllium foil plate. Phenomenon; 1 transparent window 4 for the output of x-ray radiation. On the inner surface of the window 4 at the point of its conjugation with the output of the inner channel 3 of the anode 2, a metal film is deposited - lttt1en 5. which ct is alive for converting the energy of the electronic knuckle into x-ray energy. Inside the cornea 1 there is a high-voltage input 6 connected to it, on which opposite the anode 2 a point cathode 7. is installed coaxially with it. It has electrical contact with the high-voltage input 6. In the system, the anode 2 is a window 4 - a small 5 all elements have an electrical contact. To the external part (but with respect to Kort1us i of the high-voltage input 6, a generator is connected and i lc; o voltage (not shown in the drawing).

Рассмотрим работу нредлагаемой имттульсной рентгеновской трубки.Consider the work of the proposed impulse x-ray tube.

Процесс генерации рентгеновского изл чения в ней происходит следующим образом. На точечный катод 7 диода рентгеновской трубки через высоковольтный ввод 6 подается высоковольтный импульс напряжения отрицательной полярности. при этом система анод 2 - окно 4 - мишень 5 заземлена. Импульс напряжения вызывае г интенсивную электронную эмиссию с точечного катода 7 (эмиссионный ток с катода 1-10-10 :) и последуютцее с|)ормирование электронного пучка в диоде в соответствии с диодной геометрией. Электронный пучок, достигая поверхтюсти анода 2 в той его части, где расположен вход в канал 3 транспортировки электронного нучка к минюни 5. проходил через канал 3 и ноттадает на металлическую мишетть 5 (мeтaJTЛИчecкaя пленка, напыленная на бериллиевую , использ ем то в качестве прозрачно1Х1 окна 4 для вывода рентгеновского из:т чения кThe process of generation of x-ray radiation in it occurs as follows. At the point cathode 7 of the x-ray tube diode, a high-voltage pulse of negative polarity is supplied through the high-voltage input 6. the system anode 2 - window 4 - target 5 is grounded. The voltage pulse causes intense electron emission from the point cathode 7 (emission current from the cathode 1-10-10 :) and then c) the formation of the electron beam in the diode in accordance with the diode geometry. The electron beam, reaching the surface of the anode 2 in the part where the entrance of the electron transport channel 3 to the minuti 5 is located, passes through channel 3 and flows onto the metal mesh 5 (meta-film, sprayed on beryllium, we use as a transparent 1X1 window 4 to output x-ray from:

Размер и расположение фокусного пятна рентгеновского источника определены размером поперечного сечения канала 3 транспортировки и местом его выхода на мишень 5 соответственно.The size and location of the focal spot of the x-ray source is determined by the size of the cross section of the transport channel 3 and the place of its exit to the target 5, respectively.

По данной конструкции разработан и изготовлен опытный образец, испытания которого показали его работоспособность и возможность получения указанных выше параметров, что подтверждает соответствие предлагаемой полезной модели критерию промышленная применимость.According to this design, a prototype was developed and manufactured, tests of which showed its operability and the ability to obtain the above parameters, which confirms the compliance of the proposed utility model with the criterion of industrial applicability.

Claims (1)

Импульсная рентгеновская трубка, содержащая корпус, который с одного торца соединен с высоковольтным вводом в виде стержня из проводящего материала, на конце которого, помещенного в вакуум, закреплен катод, напротив которого установлен прострельный анод, вакуумно соединенный с торцевым окном для вывода рентгеновского излучения, отличающаяся тем, что корпус выполнен из изолирующего материала, например стекла или керамики, катод выполнен точечным с площадью эмиссионной поверхности, выбранной в пределах 10^-12 - 10^-6 м², а анод расположен соосно катоду и выполнен в виде стержня с площадью поперечного сечения не менее 10^-8 м², с внутренним каналом, площадь поперечного сечения которого выбрана не менее 10^-8 м², при этом расстояние между анодом и катодом составляет не менее 10^-4 м, и анод вакуумно соединен с корпусом.

A pulsed X-ray tube containing a housing that is connected at one end to a high-voltage input in the form of a rod of conductive material, at the end of which, placed in a vacuum, a cathode is fixed, opposite which there is a shot anode connected in vacuum to the end window for outputting X-ray radiation, characterized the fact that the casing is made of an insulating material, such as glass or ceramic, the cathode is made point-wise with the emission surface area selected in the range of 10 ^-12 - 10 ^-6 m ² , and the anode is located coax but the cathode is made in the form of a rod with a cross-sectional area of at least 10 ^-8 m ² , with an internal channel, the cross-sectional area of which is selected at least 10 ^-8 m ² , while the distance between the anode and cathode is at least 10 ^-4 m , and the anode is vacuum connected to the housing.