Патент на изобретение №2377686

(54) РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА

(57) Реферат:

Изобретение относится к рентгеновской технике, а именно к рентгеновским трубкам промышленного и медицинского применения. Рентгеновская трубка содержит вакуумную колбу и размещенные внутри нее катод и анод. Эмиттер катода и анод выполнены из тугоплавкого материала с монокристаллической структурой, причем эмитирующая электроны поверхность эмиттера катода совмещена с неплотноупакованной кристаллографической плоскостью монокристалла, а рабочая поверхность анода – с плотноупакованной плоскостью. Технический результат – увеличение стабильности выходных характеристик трубки и срока службы катода и анода. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к рентгеновской технике, а именно к рентгеновским трубкам промышленного и медицинского применения.

Известна рентгеновская трубка, состоящая из вакуумной колбы, внутри которой размещены катод и анод. Катод выполнен из поликристаллического вольфрама в виде проволочной спирали, а анод – из молибдена (“Medica Mundi”, v.35, 1990, p.21-37).

Недостатком такой трубки является то, что поликристаллический вольфрам имеет невысокие эмиссионные характеристики, высокую и неравномерную по поверхности испаряемость из-за наличия границ зерен, а поликристаллический молибден из-за наличия границ зерен подвержен активной повреждаемости при воздействии потоков электронов с катода. Важно и то, что при испарении и переконденсации материалов катода и анода, отличных по химическому составу, происходит изменение характеристик материалов. Например, если анод изготавливать из молибдена, а катод – из вольфрама, то вольфрам, испаряясь с катода и оседая на анод, изменяет спектр излучения анода. Эти недостатки катода и анода приводят к непрогнозируемому снижению выходных характеристик рентгеновских трубок – мощности и размера фокусных пятен.

Известна рентгеновская трубка, в которой катод выполнен из вольфрама, легированного торием, а анод – из поликристаллического вольфрама, легированного рением (Денискин Ю.Д., Чижунова Ю.А. Медицинские рентгеновские трубки и излучатели. М.: Атомиздат, 1984 г., 209 с.). Такая трубка не устраняет всех недостатков, присущих поликристаллическому вольфраму.

Ближайшим аналогом к предлагаемому техническому решению является рентгеновская трубка, в которой катод выполнен из поликристаллического вольфрама, а анод выполнен из монокристаллического вольфрама (Николаев Ю.В., Выбыванец В.И., Таубин М.Л. Металлокерамические рентгеновские трубки с монокристаллическими анодами для медицинской диагностики. Приборы и Системы, Управление, Контроль, Диагностика 3, 2000 г., с.23-25).

Однако этой трубке присущи все недостатки использования поликристаллического вольфрама в качестве катода, усугубленные тем, что локальные перегревы из-за неравномерного испарения вольфрама с отдельных зерен приводят к локальному изменению электросопротивления с дальнейшим перегоранием катода, имеющего малое поперечное сечение. Хотя монокристаллический вольфрам в качестве материала анода имеет преимущества перед поликристаллическим, однако его невысокие механические свойства ограничивают возможность повышения мощности рентгеновской трубки из-за деградации поверхности фокусной дорожки анода в виде появления деформационного рельефа.

Перед авторами стояла задача создания рентгеновской трубки, лишенной указанных недостатков и обеспечивающей высокие, стабильные эмиссионные рентгенооптические характеристики.

Поставленная задача достигается тем, что предложена рентгеновская трубка, которая содержит вакуумную колбу и размещенные в ней катод и анод, при этом эмиттер катода и анод или фокусная дорожка анода выполнены из тугоплавкого материала с монокристаллической структурой, причем эмитирующая электроны поверхность эмиттера катода совмещена с неплотноупакованной кристаллографической плоскостью монокристалла, а рабочая поверхность анода – с плотноупакованной плоскостью. Катод и анод могут быть выполнены из одного и того же монокристаллического металла или сплава. Кроме того, катод и анод могут быть выполнены из монокристаллического вольфрама или монокристаллического сплава вольфрама с металлом из ряда Nb, Ta, V, Hf, Re, Mo. Также катод может быть выполнен из монокристаллического сплава вольфрама с ниобием, а анод – из монокристаллического сплава молибдена с ниобием. Кроме того, эмитирующая электроны поверхность катода может быть совмещена с кристаллографической плоскостью [111], а, по крайней мере, фокусная дорожка поверхности анода совмещена с кристаллографической плоскостью [110].

Изобретение иллюстрируется фиг 1-3. На фиг.1 представлена схема рентгеновской трубки, где 1 – катод, 2 – анод. На фиг.2 изображено фокусное пятно. На фиг.3 представлена зависимость мощности дозы от числа включений для рентгеновской трубки с поликристаллическим анодом – 1 и монокристаллическим анодом – 2.

Пример осуществления

Рентгеновская трубка (Фиг.1) выполнена из вакуумной металлокерамической колбы, внутри которой размещены катод (1) и анод (2). Эмиттер катода выполнен из монокристаллического сплава вольфрама с 4,5% ниобия, а анод – из монокристаллического сплава молибдена с 3% ниобия. Эмитирующая поверхность эмиттера совмещена с кристаллографической плоскостью [111], а коническая рабочая поверхность анода – с кристаллографической плоскостью [110],

Контроль размеров фокусного пятна выявил заданный размер 0,3×0,3 мм с четкими границами (Фиг.2), что нехарактерно для рентгеновских трубок с поликристаллическими эмиттерами катодов.

Испытания на ресурс выявили заметно меньшее снижение интенсивности рентгеновского излучения в рентгеновской трубке с монокристаллическим анодом по сравнению с поликристаллическим начиная с 2500 включений (Фиг.3).

Формула изобретения

1. Рентгеновская трубка, содержащая вакуумную колбу и размещенные внутри нее катод и анод, выполненные из тугоплавких материалов, отличающаяся тем, что эмиттер катода и, по крайней мере, фокусная дорожка анода выполнены из тугоплавкого материала с монокристаллической структурой, причем эмитирующая электроны поверхность эмиттера катода совмещена с неплотноупакованной кристаллографической плоскостью монокристалла, а рабочая поверхность анода – с плотноупакованной плоскостью.

2. Рентгеновская трубка по п.1, отличающаяся тем, что катод и анод выполнены из одного и того же монокристаллического металла или сплава.

3. Рентгеновская трубка по п.1, отличающаяся тем, что катод и анод выполнены из монокристаллического вольфрама или монокристаллического сплава вольфрама с металлом из ряда Nb, Ta, V, Hf, Re, Mo.

4. Рентгеновская трубка по п.1, отличающаяся тем, что катод выполнен из монокристаллического сплава вольфрама с ниобием, а анод – из монокристаллического сплава молибдена с ниобием.

5. Рентгеновская трубка по п.1, отличающаяся тем, что эмитирующая электроны поверхность катода совмещена с кристаллографической плоскостью [111], а, по крайней мере, фокусная дорожка поверхности анода совмещена с кристаллографической плоскостью [110].

РИСУНКИ