Рентгенівська трубка

Реферат: Рентгенівська трубка містить корпус у вигляді вакуумної оболонки, виконаної з ізолюючого матеріалу з анодним і катодним вводами на торцях, та розміщені всередині вакуумної оболонки термокатод, анод з мішенню і вихідним вікном, фокусуючий пристрій і кільцевий елемент, при цьому кільцевий елемент розташований співвісно з фокусуючим пристроєм і анодом, а також індуктор, що розміщений за межами вакуумної оболонки поряд з кільцевим елементом і підключений до генератора змінного струму. Кільцевий елемент виконаний у вигляді порожнистого тороїда з радіальним розрізом, всередині якого коаксіально розміщений стрижневий підігрівник з дисковим термокатодом на торці, при цьому катодний ввід електрично з'єднаний з кільцевим елементом та стрижневим підігрівником. UA 106547 U (54) РЕНТГЕНІВСЬКА ТРУБКА UA 106547 U UA 106547 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до рентгенівської техніки і може бути використана для отримання рентгенівського випромінювання. Відома "Рентгенівська трубка БХ1", яка містить корпус у вигляді вакуумної оболонки, виконаної з ізолюючого матеріалу з анодним і катодним вводами на торцях, та розміщені всередині вакуумної оболонки термокатод у вигляді циліндричної спіралі, фокусуючий пристрій та анод з мішенню і вихідним вікном, який оточує термокатод [1]. Недоліком відомої рентгенівської трубки є малий термін експлуатації термокатода та необхідність застосування громіздкої конструкції зовнішнього розжарювального трансформатора з високовольтною ізоляцією обмоток та струмопідводів. Найбільш близькою за технічною суттю до пропонованої корисної моделі є "Рентгенівська трубка", яка містить корпус у вигляді вакуумної оболонки, виконаної з ізолюючого матеріалу з анодним і катодним вводами на торцях, та розміщені всередині вакуумної оболонки термокатод, виконаний у вигляді кільцевого елемента, анод з мішенню і вихідним вікном, систему керування електронним потоком (фокусуючий пристрій), а також первинну котушку трансформатора (індуктор), при цьому кільцевий елемент розташований співвісно з системою керування електронним потоком і анодом і виконаний у вигляді одного витка дроту (чи більшої кількості), а розжарювальна частина вказаного дроту (підігрівник) виконана з емітуючого електрони матеріалу, первинна котушка трансформатора (індуктор) розміщена за межами вакуумної оболонки поряд з кільцевим елементом таким чином, щоб кільцевий елемент був вторинною котушкою трансформатора, первинна котушка якого (індуктор) підключена до генератора змінного струму [2]. Недоліком відомої рентгенівської трубки є малий термін експлуатації дротяного термокатода, як будь-якої лампи розжарювання з високотемпературним дротяним електродом. Крім того, багатовитковий кільцевий елемент суттєво ускладнює конструкцію рентгенівської трубки і знижує її технологічність. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення конструкції рентгенівської трубки, підвищення надійності термокатода та збільшення терміну експлуатації рентгенівської трубки за рахунок використання металевих деталей кільцевого елемента, стрижневого підігрівника і дискового термокатода. Поставлена задача вирішується тим, що рентгенівська трубка, яка містить корпус у вигляді вакуумної оболонки, виконаної з ізолюючого матеріалу з анодним і катодним вводами на торцях, та розміщені всередині вакуумної оболонки термокатод, анод з мішенню і вихідним вікном, фокусуючий пристрій і кільцевий елемент, який розташований співвісно з фокусуючим пристроєм і анодом, а також індуктор, що розміщений за межами вакуумної оболонки поряд з кільцевим елементом і підключений до генератора змінного струму. Новим є те, що кільцевий елемент виконаний у вигляді порожнистого тороїда з радіальним розрізом, всередині якого коаксіально розміщений стрижневий підігрівник з дисковим термокатодом на торці, при цьому катодний ввід електрично з'єднаний з кільцевим елементом та стрижневим підігрівником. Крім того, фокусуючий пристрій містить два фокусуючі електроди, перший з яких виконаний у вигляді трубчастого виступу на торці стрижневого підігрівника, який розміщений навколо дискового термокатода, а другий фокусуючий електрод утворений частиною кільцевого елемента та виступає над першим фокусуючим електродом. Крім того, товщина стінок кільцевого елемента складає величину не менше трьох товщин скін-шару  на частоті генератора змінного струму, а діаметр стрижневого підігрівника складає величину не менше шістьох товщин скін-шару  на частоті генератора змінного струму. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями. На фіг. 1 наведена схема конструкції рентгенівської трубки. На фіг. 2 наведений переріз конструкції, показаної на фіг. 1. Рентгенівська трубка містить корпус 1 у вигляді вакуумної оболонки, виконаний з ізолюючого матеріалу (наприклад, з кераміки), анодний ввід 2 і катодний ввід 3 на торцях корпусу 1. Всередині корпусу 1 розміщені дисковий термокатод 4, анод 5 з мішенню 6 і вихідним вікном 7, фокусуючий пристрій 8 і кільцевий елемент 9, який розташований співвісно з фокусуючим пристроєм 8 і анодом 5. За межами корпусу 1 поряд з кільцевим елементом 9 розміщений індуктор 10, який підключений до генератора змінного струму (не показаний на фіг. 1). Кільцевий елемент 9 виконаний у вигляді порожнистого тороїда з радіальним розрізом 11, а всередині кільцевого елемента 9 коаксіально розміщений стрижневий підігрівник 12, на торці якого закріплений дисковий термокатод 4. Індуктор 10, який виконує функції первинної котушки трансформатора і кільцевий елемент 9 працюють як трансформатор змінного струму, а вторинною одновитковою котушкою служить зовнішня поверхня 13 кільцевого елемента 9 (фіг. 1 UA 106547 U 5 10 15 20 25 30 35 40 2). Поверхня радіального розрізу 11 кільцевого елемента 9 електрично з'єднує його зовнішню поверхню 13 з внутрішньою поверхню 14 для замикання індукованого струму. Катодний ввід 3 електрично з'єднаний з кільцевим елементом 9 за допомогою провідного елемента 15 (у вигляді прокладки) та стрижневим підігрівником 12 за допомогою кутового фланця 16. Для додаткового механічного закріплення кільцевого елемента 9 на електричному катодному вводі 3 застосовується діелектрична прокладка 17 з теплопровідної кераміки. Фокусуючий пристрій 8 містить перший фокусуючий електрод 18 у вигляді трубчастого виступу на торці стрижневого підігрівника 12 який розміщено навколо дискового термокатода 4 та другий фокусуючий електрод 19, який утворений частиною кільцевого елемента 9, що виступає над першим фокусуючим електродом 18. Перший фокусуючий електрод 18 і другий фокусуючий електрод 19 електрично з'єднані з дисковим термокатодом 4. Оскільки рентгенівська трубка є електровакуумним приладом вона має штенгель 20. Кільцевий елемент 9, кутовий фланець 16 і катодний ввід 3 мають отвори для виходу газу при відкачуванні зсередини вакуумного корпусу 1 та з порожнини кільцевого елемента 9. Стрижневий підігрівник 12 містить гетер/газовий поглинач 21 (наприклад, з пористого титану). Стрижневий підігрівник 12 має теплоізолюючу оболонку 22. На фіг. 1 наведено конструкцію рентгенівської трубки з анодом 5, мішень 6 якого прикріплена зсередини до вихідного вікна 7, але конструкція рентгенівської трубки може мати роздільні мішень 6 і вихідне вікно 7 для виведення рентгенівського випромінювання. Для забезпечення перехоплення вторинних електронів анода 5, його доповнюють трубчастим елементом 23, відкритий торець якого звернений до дискового термокатода 4. Рентгенівська трубка працює таким чином. Рентгенівську трубку встановлюють в рентгенівському апараті і підключають до джерел живлення. При цьому анод 5 через анодний ввід 2 заземлюють, а катодний ввід 3 підключають до високопотенційної клеми джерела напруги. Вмикають генератор змінного струму (не показаний на фіг.), підключений до індуктора 10. Робочу частоту генератора f вибирають в діапазоні 22…1760 кГц. Індуктор 10 генерує змінне магнітне поле, яке в свою чергу індукує змінний струм на зовнішній поверхні 13 кільцевого елемента 9. Змінне магнітне поле проникає в поверхневий шар кільцевого елемента 9 на глибину, яка приблизно дорівнює 3δ (  - товщина скін-шару на частоті f ). Відповідно, індукований струм протікає в поверхневому шарі кільцевого елемента 9 тієї ж глибини. В результаті індукції на краях радіального розрізу 11 генерується змінна електрорушійна сила (ЕРС), яка створює змінний струм на поверхні стінок радіального розрізу 11 і на внутрішній поверхні 14 кільцевого елемента 9. Цей змінний струм також протікає в поверхневих шарах кільцевого елемента 9 вказаної вище глибини 3 . Таким чином, створюється замкнений електричний ланцюг для змінного струму, який індукується індуктором 10 на зовнішній поверхні 13 кільцевого елемента 9. Товщина стінок кільцевого елемента 9 складає величину не менше 3 на частоті генератора змінного струму, а діаметр стрижневого підігрівника 12 - величину не менше 6 на частоті генератора змінного струму f для забезпечення ефективної передачі енергії від генератора змінного струму (не показаний на фіг.) до стрижневого підігрівника 12. Величину  визначають за загальноприйнятою формулою  f , де  - питомий опір,  - відносна магнітна проникність матеріалу скін-шару (для міді   1 ); всі величини виражені в системі СІ.   503 45 50 55 Змінний струм на внутрішній поверхні 14 кільцевого елемента 9 генерує змінне магнітне поле навколо стрижневого підігрівника 12, яке в свою чергу індукує змінний струм на його зовнішній поверхні 13 в шарі кільцевого елемента 9 глибиною 3 . Внутрішня поверхня 14 кільцевого елемента 9 є одновитковим індуктором для стрижневого підігрівника 12. Індукований змінний струм нагріває стрижневий підігрівник 12, а від нього нагрівається дисковий термокатод 4. Після нагрівання дискового термокатода 4 до температури термоелектронної емісії, напругу подають на рентгенівську трубку. Потік електронів, які після нагрівання перетворюється в термоелектрони, емітуються дисковим термокатодом 4, досягає анода 5 і бомбардує мішень 6. У результаті взаємодії термоелектронів з матеріалом мішені 6 генерується рентгенівське випромінювання, яке виходить через вихідне вікно 7. Фокусуючий пристрій 8 фокусує пучок термоелектронів і вони потрапляють всередину трубчастого елемента 23 і анода 5, тобто на центральну частину мішені 6. Таким чином, запропонована корисна модель забезпечує високовольтну ізоляцію підігрівника термокатода завдяки безконтактному індукційному розжарюванню підігрівника, спрощення конструкції і покращення технологічності за рахунок використання тільки двох 2 UA 106547 U електричних вводів та форм кільцевого елемента, стрижневого підігрівника і дискового термокатода. Корисна модель також забезпечує надійність і збільшення терміну експлуатації рентгенівської трубки завдяки використанню металевих деталей кільцевого елемента, стрижневого підігрівника і дискового термокатода. 5 Джерела інформації: 1. Рентгенотехника: Справочник. Кн. 1 / Под ред. В.В. Клюева. - 2-е изд. - М: Машиностроение, 1992. - С. 107, рис. 17. 2. Патент Росії на корисну модель № 129707, МПК Н01J 35/14, опубл.,27.06.2013. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 1. Рентгенівська трубка, яка містить корпус у вигляді вакуумної оболонки, виконаної з ізолюючого матеріалу з анодним і катодним вводами на торцях, та розміщені всередині вакуумної оболонки термокатод, анод з мішенню і вихідним вікном, фокусуючий пристрій і кільцевий елемент, при цьому кільцевий елемент розташований співвісно з фокусуючим пристроєм і анодом, а також індуктор, що розміщений за межами вакуумної оболонки поряд з кільцевим елементом і підключений до генератора змінного струму, яка відрізняється тим, що кільцевий елемент виконаний у вигляді порожнистого тороїда з радіальним розрізом, всередині якого коаксіально розміщений стрижневий підігрівник з дисковим термокатодом на торці, при цьому катодний ввід електрично з'єднаний з кільцевим елементом та стрижневим підігрівником. 2. Рентгенівська трубка за п. 1, яка відрізняється тим, що фокусуючий пристрій містить два фокусуючі електроди, перший з яких виконаний у вигляді трубчастого виступу на торці стрижневого підігрівника та розміщений навколо дискового термокатода, а другий фокусуючий електрод утворений частиною кільцевого елемента та виступає над першим фокусуючим електродом. 3. Рентгенівська трубка за п. 1, яка відрізняється тим, що товщина стінок кільцевого елемента складає величину не менше трьох товщин скін-шару δ на частоті генератора змінного струму, а діаметр стрижневого підігрівника складає величину не менше шістьох товщин скін-шару δ на частоті генератора змінного струму. 3 UA 106547 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4