DE2900328A1

DE2900328A1 - Generator fuer ionisierende strahlung

Info

Publication number: DE2900328A1
Application number: DE19792900328
Authority: DE
Inventors: Vladimir Fedorovit Romanovskij
Original assignee: ROMANOVSKIJ
Current assignee: ROMANOVSKIJ
Priority date: 1978-01-09
Filing date: 1979-01-05
Publication date: 1979-07-12
Also published as: FR2414280A1; DK553078A; NL181828C; NL7900090A; SU748926A1; JPS54101297A; DE2900328C2; US4210813A; FR2414280B1; NL181828B

Description

GENERATOR FÜR IONISIERENDE B

Die vorliegende Erfindung betrifft gellen für ionisierende Strahlung und bezieht sich insbesondere auf einen Generator für ionisierende Strahlung — einen Röntgen-, Elektronen- oder Neutronengenerator.

In Abhängigkeit von der Art der ionisierenden Strahlung kann, die vorliegende Erf indane entweder als Röntgen- oder als Generator für beschleunigte Elektronen oder als Neutronengenerator Anwendung finden· Als Röntgengenerator kann die Erfindung in der Defektoskopie und in der Medizin sowie zur Registrierung schnell verlaufender Prozesse, als Generator für beschleunigte Elektronen in der Stcahlungschemie und zur Sterilisation von in der Medizin verwendeten Werkstoffen, als Neutronentjenerator bei geophysikalischen Forschungen, zur Neutronengrafie und zur Aktivierungsanalyse eines Werkstoffes eingesetzt werden·

Hs Grundeleaent der meisten Generatoren für ionisieren·*

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ORIGINAL INSPECTED

de Strahlung tritt ein einen Beschleuniger für geladene Teilchen enthaltender Strahler für ionisierende Strahlung auf_# Der Strahler des Hontgengenerators und des Generators für beschleunigte Elektronen enthält einen Elektronenbeschleuniger und der Strahler des Neutronengenerators weist in der Begel

to i1 on einon Ionenbeschleuniger auf. ^¹ den Bestand des Generators für ionisierende Strahlung können ein Speiseteil des Strahlers und andere Hilfseinheiten r<> ■··:. Die v->:i >!.·:, ■ μ

üb ι ί ο^ιι·.·η ^ Generatoren für ionisierende Straw-

vorwerui i't.on η

lung Beschleuniger für geladene Teilchen zu überstreichenden .Energie Intervalle betragen -¹- v-w. für ßöntgengeneratoren 30 bis 1000 keV, bei Generatoren für beschleunigte Elektronen JOO bis 1000...1500 keV, bei Neutronengeneratoren, in denen eine Reaktion ">i ■■ Kernfusion von Deuterium und Tritium abläuft, 100 bis 400 kcV. Die Schaffung von ortsfesten Varianten derartiger Beschleuniger bereitet keine nennenswerten technischen Schwierigkeiten. Zur praktischen Anwendung werden aber tragbare Generatoren für ionisierende Strahlung immer unentbehrlicher, die es gestatten, den Bereich von mit deren Hilfe durchzuführenden Arbeiten und Forschungen,/insbesondere

suchunp;nobj okt für die Fälle, in denen das Unter an einen Generator für ionisierende Strahlung^ beispielsweise bei der Durchführung einer zerstörungsfreien Werkstoffprüfung von umfangrei-

od(jr

chen Erzeugnissen oder ortsfesten Anlagen, bei der Untersuchung von Bohrungen, Aiicht gebracht werden kannjSwei.terhin be-

die
steht Bedarf für Ausstattung fahrbarer Laboratorien mit solcher Generatoren,/wesentlich zu erweiternd Die Anwendung von tragbaren Generatoren für ionisierende Strahlungen erhöht die

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Arbeitsproduktivität bei der Arbeit mit ihnen, wobei die erstrangige Bedeutung die Selbständigkeit und die 'Ixagbarkeit ihrer Strahler ν^r '■. :■ r., was es erlaubt, z. B. bei der

P j MOT» ·- #>

Durchführung zerstörungsfreien WerksttoffPrui^lulS von einem großformatigen Erzeugnis die Lage des Strahlers schnell zu ändern und ihn an schwer zugänglichen Stellen des Erzougnisses anzuordnen. ^l ' ■ Tragbarkuit \■·.-:: Strahl der Generatoren für ionisierende Strahlungen sind vor allem hohe Werte ihrer spezifischen Ausgangsparameter, d.h. auf die Masse des Strahlers bezogenen Aus gangs parameter wr. r·-· ι ich,

weil Strahler mit höheren spezifischen Werten der Ausgangsparameter, wie mittlere Leistung in einem Bündel beschleunigter geladener Teilchen, mittlere Leistung der Strahlungsphuse, i£iei\~ie .ier xiüiit^eji^uantcn oder Strahlungsquanten der beschleunigten Elektronen einen umfangreicheren Strahler mit niedrigen Werten der gleichen

können.
Ausgangsparameter ersetzen So weisen z. B. als tragbar geltende Strahler von Impuls-Hontgenapparaten niedrige spezifische Werte der mittleren Leistung in einen Bündel von beschleunigten Elektronen von ca. 2 bis 2 W/kg und mittlere Leistung der Röntgendasis bei auereichend

hohenlspezifischen Werten der maximalen Energie der beschleu-

^λ auf

nigten Elektronen von ca. 20 bis 30 k&V/kg (s. beispielsweise Parameter des Apparates IHA-2D in einem Buch von W. K. Schmelew "fiöntgenapparate", Verlag "Energija", Moskau, 1973t

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S, 408 bis 410). In Impuls-Röntgenstrahlern ist »s grundsätzlich kompliziert, die mittlere Leistung im Bündel der beschleunigten iQektronen im Zusammenhang mit der Konstruktion der Anode zu steigern, von der die Wärme schwer abzuleiten ist. Darüber hinaus r.-i'-il fiöntgenstrahler durch eine niedrige Lebensdauer gekennzeichnet, weil sie eine Ströme in

* h

der Größenordnung von ΛΟτ A emittierende Feldemissionskatode aufweisen«

Es ist ein tragbarer Impuls-Neutronengenerator (s. beispielsweise ti en Beitrag von A· S. Allachwerdow et. al. "Impuls-

10 Neutronengenerator NGI-9 mit einem Fluß von 10 n/S" in ^ll(1,^m Buch "Probleme der Atomwissenschaft und -technik, Strahlungstechnik·¹, Ausgabe 12, Moskau, Verlag "Atomisdat", 1975, S, 182 bis 191) bekannt, dessen Strahler ca. 70 kg wiegt, wobrsi

10 die Intensität des durch ihn. generierten Neutronenflusses 10 Neutronen/sec erreicht» Dieser Strahler mit ungefähren Abmessungen von 0 3.OO χ 1000 mm enthält einen Impulsbeschleuniger für Deuteriumionen (ein Beschleunigungsrolle mit einer Quelle von Deuteriunionen) und einen Impulse einer Beschleunigungsspannung mit einer Amplitude von ca. 150 kV und einer Dauer von 1 iw«!

Eine '

generierenden Impuls-Hochspannungstransformator. Vergrößerung des Neutronenflusses i^rt- mit der Notwendigkeit einer Vergrößerung vor allem der an das Beschleunigungsrohr angelegten Beschleunigungsspannung auf Werte von 300 bis 400 kV verbunden. Diese Konstruktion des Neutronengenerators läßt

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jedoch nichtldies bei denselben Abmessungen und beim gleichen Beschleunigungarohr erreichen.

Es sind Röntgenapparate bekannt, deren Strahler ein Beschleunifsungsrohr und eine vom Industrienefcz gespeiste Hochspannungsquelle (s· beispielsweise Röntgenapparat "Baltograf" 3OO/3P der belgischen Fixma "Balteau", beschrieben im Buch von W, K, Schmelew "Ööntgenapparate", Verlag "Knergija", Moskau, 1973, S. 146 bis 147) enthält. Der Strahler Ήογργ

mit Apparate ist in de» Regel in Schaltung einer Gegentaktspeisung des Beschleunigungsrohres durch die gesamte Spannungsdifferenz von 300 bis 400 kV aufgebaut. Die spezifischen Ausgangspararaefcer derartiger Strahler betragen nach der in das Bündel der beschleunigten Elektronen eingetragenen Leistung etwa 20 bis 30 W/kg, d.h. mehr als bei den Impuls—Röntgenapparaten. Die spezifischen Werte der maximalen Energie der beschleunigten Elektronen machen aber lediglich 5 keV/kg aus.

bringt;

Darüber hinaus die Erhaltung einer Beschleunigungsspannung von über 400 kV in derartiger Konstruktion mit großen tethnische Schwierigkeiten mit sich.

Bs sind Generatoren für Röntgenstrahlung und beschleunigte Elektronen ¹¹EIite-I" bekannt, deren Strahler ein Beschleunigungsrohr und eine in Form eines JXesla-Transformators ausgeführte Hochspannungsquelle (s. einen Beitrag von £· A. Abraajan und S. B. Wassermann ^IIStsilEkstroa-Impuls-Elektronenbeschleuniger", Atoeenergie, Bd. 23, Ausgabe I, Juli 1967) ent-

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hält. Die spezifischen Ausgangsparameter solch eineis Gonera-

bezü{';Lich

tors der in das Bündel der beschleunigten Elektronen eingetragenen Leistung betragen ca. 67 W/kg, mehr als bei allen

bezüglich

oben betrachteten, und der maximalen Energie der Elektronen cfu 8,3 keV/kg (weniger als bei den Impuls-Röntgenapparaten).

Es ist ein Generator für ionisierende Strahlung bekannt, in dent der Strahler für ionisierende Strahlung einen Resonanztransformator, dessen Erregerwicklung an dem mit dem stromleitenden Gehäuse des Resonanztransformators elektrisch gekoppelten Niederspannungsende einer Hochspannungswicklung angeordnet ist, und ein Beschleunigungsrohr enthält, dessen Hochspannungselektrode an das Hochspannung ι nde der Hochspannungswicklung des Resonanztransformators angeschlossen und an einem der Enden eines Rohrisolators dieses Beschleunigungsrohres befestigt und dessen Hiederspannungselektrode mit dem Gehäuse des Resonanztransformators elektrisch gekoppelt ist, während eine Quelle für geladene Teilchen in Vakuumraum des Beschleunigungsrohres liegt und elektrisch mit einer seiner Elektroden verbunden ist (s· beispielsweise Beitrag von B. I. Albertinski et. al, "Bewegliche Röntgenanlage auf der Basis eines Resonanztransforaators", "Defektoskopie", M. 5, 1971, S. 115 bis 119)·

Der Strahler ist bei dienern Generator in Form eines ein Beschleunigungsrohr und einen Besonanztransformator enthaltenden einheitlichen Teiles ausgeführt und in ein stromleitendes Gefäß zylindrischer Form - Gehäuse des Resonanztrans-

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fornators - eingeschlossen, innerhalb von dem und koaxial zu dem daa Beschleunigungsrohr liegt. Der Mantel des Beschleunigungsrohres ist in Form eines stirnseitig hermetisch abgeschlossenen Rohrisolators ausgeführt, der sich aus zwölf hintereinander angeordneten Stücken eines Glasrohres zusammensetzt, zwischen die metallene ringförmige Zwischenelektroden eingelötet sind. Der Roh^isolator endet —ι der nach innen ^i:' Gehäuses des Resonanztransformators gerichteten Stirnseite mit der Hochspannungselektrode des Beschleunigungsrohres, an der befestigt und an die angeschlossen die Quelle für geladene Teilchen - ein Katodenblock des Rohres. <^ist) Die gegenüberliegende Stirnseite des Rohrisolators endet mit der an das Gehäuse des Resonanztransformators gekoppelten JNiederspannungselektrode - einer hinausragenden Hohlanode, Der Vakuumraum des Beschleunigungerohres, wo die geladenden Teilchen beschleunigt werden, ist durch den Rohrisolator, den Katodenblock von einer Seite und durch die hinausragende Hohlanode von der anderen begrenzt«

Oberhalb des Rohrisolators ist die Hochspannungswicklung des Hesonanztransformators angeordnet, deren Hochspannungsende mit der Hochspannungselektrode des Beschleunigungsrohres und deren Niederspannungsende über Meßeinrichtungen mit dem Gehäuse des Resonanztransformators elektrisch gekoppelt ist*

Die Abgriffe der Hochspannungswicklung sind an die ringförmigen. Zwischenelektroden des Rohrisolators des Beschleunigungsrohres 2UX gleichmäßigeren Potentialverteilung über dessen

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Länge angeschlossen·

Am Niederspannungsende der Hochspannungswickluny liegt die Erregerwicklung (Primärwicklung) des Resonanztranaformators, die durch eine von einer Frequenz auf eine andere in Bereich von 430 bis 500 Hz zur Abstimmung auf die Arbeitsfrequenz des Resonanztransformators ntatirambare äußere Speisespannungsquelle gespeist wird· D^r Hohlraum zwischen dem Rohrisolator und dem Gehäuse des Resonanztranaforuiators ist bei einem Druck von 10 at mit einem gasförmigen Dielektrikum gefüllt. Die Elektronen werden im Beschleunigungsrohr in Rieh" tung von der Hochspannungs- zur Niederspannungselektrode als Anode beschleunigt·

Diener Generator 1"UJt; eine

von und maximale Energie der Elektronen 1000 keV eine maximale

von erreichen Leistung im Elektronenbündel 1500 Ψ Die Masse des Röntgen-

strahlers beträgt 900 kg·

beträft Für den Strahler des Generators also

der spezifische Wert der maximalen Energie der Elektronen 1,1 keV/kg und die spezifische Leistung im Elektronenbündel 1,7 W/kg.

Derart niedrige spezifsche Werte der Ausgangsparaaeter des Strahlers r, ind in erster Linie auf eine große Dicke des für einen Innendruck des den Hohlraum zwischen diesem Gehäuse und dem Rohrisolator des Beschleunigungsrohres füllenden Gases von10 at benfesenen Gehäuses des Resonanztransformators und auf große, durch die Notwendigkeit der Sicherung der

erforderlichen

elektrischen Festigkeit des Gasraumes bedingte Ab«.

messungen des Gehäuses zurückzuführen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,

einen Generator für ionisierende Strahlung zu schaffen, dessen konstruktive Ausführung eine Erhöhung der spezifischen Ausgangs parameter ermöglicht«

Die Erfindung besteht darin, daß in" 'Generator für ionisierende Strahlung^ in dem der Strahler für ionisierende Strahlung einen Resonanztransformator, ddssen Erregerwicklung an dem mit dem stromleitenden Gehäuse des Resonanztransformators elektrisch gekoppelten Wiederspannungsende der Hochspannungswicklung augeordnet ist, und ein Beschleunigungsrohr enthält, dessen Hochspannungselektrode an das Hochspannungsende der Hochspannungswicklung des Resonanztransformators angeschlossen und an einem der Enden eines Rohrisolators dieses Besohleunigung3rohres befestigt und deesen Niederspannungselektrode mit dem Gehäuse des Resonanztransformators elektrisch gekoppelt ist, wobei die Quelle für geladene Teilchen im Vakuum-

von raum des Beschleunigungsrohres liegt und elektrisch mit einer deacon Elektroden verbunden ist, gemäß der Erfindung die Hochspannungswicklung des Resonanztransformators innerhalb des Rohrisolators des Beschleunigungsrohres und deesen Vakuumraum zwischen dem Gehäuse des Resoüanztransformators und dom Rohrisolator liegt.

ΐ) Θ ί d.ßj!l

I_n emern Jtenerator, die Hochspannungs-

wicklung des Resonanztransformator schraubenlinienförmig koaxial zum Rohrisolator angeordnet; ist, ist es zweckmäßig, den Rohrisolator in Form eines einheitlichen Rohrstücks auszufüh-

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ren und die Windungen der Hochspannunswicklung in unmittelbarer Eähe "vcon der Innenfläche dieses Rohrstücks anzuordnen.

erfind unpinpenrißen
Im Generator für ionisierende ütrahlung ge-

staütet es die .Evakuierung des zwischen dem Hohrisolator und dem Gehäuse des Resonanztransformators gel' genen Hohlraumes

\ und
die Wanddicke dieses Gehäuses den Abstand zwischen dieser Wand und dem Rohrisolator (die Abmessungen des- Sirahlers) zu verringern oder die Stärke der an die Hochspannun^selekurode des Beschleunigungsrohres angelegten Beschleunigungsspannung

und

zu vergrößern das Gewicht des Strahlers um den Wert des Gewichts eines in diesen Hohlraum üblicherweise eingebrachten Dielektrikums zu verkleinern. Die Anordnung der Hochspannungwicklung innerhalb des Rohrisolators gestattet es, sie effektiv, beispielsweise mit einen Strom eines flüssigen Dielektrikums, abzukühlen. Die Ausführung des Rohrisolators in Form eines einheitlichen Rohrstücks vereinfacht dessen Konstruktion. Die schraubenlinienförmige Anordnung der Hochspannungswicklung ia unmittelbarer .Nähe von der Innenfläche des in Form eines Rohrstücka aus einem Isolierstoff hergestellten Rohrisolators gestattet es, ait Hilfe von zwischen der Oberfläche der Wicklung und den Gehäusewänden des Resonanztransformators fließenden Kapazitätsströmen das Potential über die Länge dieses Rohrstücks gleichmäßig zu verteilen und dessen Innenraum einem

ve r radialen elektrischen Feld großer Stärke abzuschirmen.

Die Erfindung ^w ^x ^rd. nachstehend an Hand einer Beschreibung deren konkreter Ausführungsformen mit Bezug auf dieZeichnungen näher erläutert · ^s zeigt:

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Pi(j, 1 schematisch einen Röntgeng norator, in dem die für geladene Teilchen in Form einer Katode aufgeführt

und elektrisch mit der Wiederspannun^selektrode des Beschleu-

i:n
nigungsrohres - teilweise Längsschnitt -gekoppelt ist,

gemäß der Erfindung}

Fig. 2 einen Elektrodenblock des Beschleunigungsrohres

eines Generators für beschleunigte Elektronen, in dem die

h (Quelle für geladene Teilchen in Form einer Katode ausgeführt und elektrisch mit der Hochspannungselektrode des Beschleunigungsrohres -in Längsschnitt -gekoppelt ist, gemäß der Erfindung }

Fig. 3 einen Elektrodenblock des Beschleunigungarohree eines Generators für Röntgenstrahlung und beschleunigte Elektronen, in dem die quelle für geladene Teilchen mit der Niederspannungselektrode des Beschleunigungarohres„elektrisch gekoppelt und in Form einer für Röntgenstrahlung und Bündel beschleunigter JjJ.ektr<5fen durchsichtigen iNetzkatode -im Längsschnitt- ausgeführt ist, gemäß der Erfindung;

Fig. 4- einen Elektrodenblock des Beschleunigungsrohres eines Neutronengenerators, in dem die Quelle für geladene Teilchen in Form einer Ionenquelle mit Penning-Entladung ausgeführt und mit der Niederspannung elektrode des Beschleunigungsrohres (im Längsschnitt) elektrisch gekoppelt ist, gemäß der Erfindung]

Fig· 5 eine Hochspannungswicklung des Besonanztransformators, die schraubenlinienförmig und koaxial zun .Bohrisolator

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angeordnet ist und deren Windungen in umittelbarer liähe von der Innenfläche des in Form eines einheitlichen Rohrstücks (im Längsschnitt) ausgeführten Rohrisolators liegen, gemäß der Erfindung,

Der Generator für ionisierende Strahlung wird

am Beispiel eines RÖntgengenerators beschrieben, der einen Strahler 1 (Fig. 1) für ionisierende Strahlung - Röntgenstrahlung " Y " enthält, an den ein Hochfrequenzgenex-ator 2 angeschlossen ist. Der Strahler 1 für ionisierende Strahlung weist ein Beschleunigungsrohr 3 auf, dessen Mantel ein elektrisch leitendes geerdetes Gehäuse 4 des He s onanz tr axi3 forma tors, einen unterteilten Rohrisolator 5 und eine Hochspannungselektrode 6 des Beschleunigungsrohres 3 einschließt. Es sind Varianten möglich,bei

den on

das Gehäuse 4 ganz aus Metall hergestellt ist und eine

Schichtstruktur mit Schichten aus Metall und Dielektrikum aufweist.

Das Beschleunigungsrohr 3 enthält eine mit dem Gehäuse 4

des Resonanztransformators elektrisch gekoppelte Niederspannungs—

bei

elektrode 7 und ein« der beschriebenen Variante in Form einer mit der Niederspannungselektrode 7 über die Wicklung eines ^.

enthaltenden
in den Strahler Knicht^ Itansforaators 9 elektrisch gekoppelten Katode β ausgeführte Quelle für geladene Teilchen sowie das Gehäuse 4. Der Hohlraum des Beschleunigungsrohres 3 wird evakuiert ausgeführt, während die Wände des Gehäuses 4 dünn genug für den Austritt der Röntgenstrahlung " Q ⁿ ausgeführt sind·

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Der Strahler 1 enthält eine mit ihrem Hochspannungsende an die Hochspannungselekfcrode 6 gekoppelte und mit ihrem Niederspannung ende über einen Meßwiderstand 11 mit dem Gehäuse 4 des Resonanztransformstors elektrisch verbundene Hochspannungswicklung 10_f Aa NiederspannuagMende der Hoch-

J
Spannungswicklung 10 liegt eine an den Hochfrequenzgenerator 2 angeschlossene Erregerwicklung 12, Die Hochspannuniiswickluiig 10 ist innerhalb des unterteilten Rohrisolators 5 angeordnet. In diesen ist auch ein Stück 13 einer Rohrleitung aus einem Isolierstoff eingeführt, über die der Hochspannungselektrode 6 und der Hochspannung» icklung 10 ein Kühlmittel in Form eines flüssigen Dielektrikums zugeführt wird. Das Kühlmittel wird durch einen Kühlkörper 14 mittels einer durch einen Elektromotor 16 angetriebenen Zentrifugalpumpe 1i? durch^e— pumpt, der außerdem einen eine Belüftung der Außenplatten des Kühlkörpers 14 bewirkenden Lüfter 17 in Drehung versetzt.

Am Meßwiderstand 11 ist ein Abgriff 18 zum Anschluß an ein den Strom am Niederspannungsende der Hochspannungswicklung 10 messendes Gerät angeordnet.

Fig, 2 zeigt eine Variante des Elektrodenblocks des Beschleunigungsrohres 3 des in Fig. 1 dargestellten Strahlers 1. Darin ist die Quelle für geladene Teilchen in Form der an die Hochspannungselektrode 6 mit einem JSade unmittelbar und mit dem anderen über eine mit der Hochspannungswicklung 10 des Resonanztransforaators induktiv gekoppelte und für eine Erhitzung

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h ^h

der Katode 8 sorgende Wicklung 19 elektrisch gekoppelten Katode 8 ausgeführt. Die Niederspannun^selektrode 7 ist in das Gehäuse 4 eingebaut, mit ihm elektrisch verbunden und tritt zugleich als Anode des Beschleunigungsrohres 2 und Austrittsöffnung für beschleunigte Elektronen "e" oder eine Röntgenstrahlung " Q " in Abhängigkeit von der Dicke dieser Elektrode 7 und dem Material, aus der sie hergestellt ist, auf,

■Fig. 3 zeigt eine Variante des Elektrodenblocks des Beschleunigungsrohres 3 des in Fig. 1 wiedergegebenen Strahlers 1· Darin ist die Cjuelle für geladene Teilchen in Form einer für die Röntgenstrahlung " β " und die beschleunigten Elektronen "e^w durchsichtigen und über die Wicklung des 'Pra ns forma tors 9 mit der in Gestalt einer mit dea Gehäuse 4 verbundenen fokussierenden Blende 21 ausgeführten Niederspannungselektrode elek—

h h

trisch gekoppelten Netzkatode 20 ausgeführt· Die Netzkatode 20 ist zwischen der fokussierenden Blende 21 und einer Austrittsöffnung 22 angeordnet, die in Abhängigkeit von der Dicke und dem Material , aus dea sie hergestellt ist, nur die Röntgenstrahlung " / " oder die Röntgenstrahlung ⁿ β " und beschleunigt© Elektronen "e^M durchlassen kann. Je nach der Betriebsart des Beschleunigungsrohres 3 kann die mit durch die Netzkatode 20 emittierten Elektronen beschossene Oberfläche der Hochspannungselektrode 6 zu einer zweiten, mit der Hochspannungselektrode 6 gekoppelten Elektronenquelle werden« Bei der beschriebenen Variante sind die Wände dea Gehäuses 4 dünn genug

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für den Austritt der Röntgenstrahlung " J " ausgeführt.

Fig. 4 zeigt eine Variante des EIektrodenblocks des Beschleunigungsrohres 3 des in Fig. 1 dargestellten Strahle rs Bei dieser Variante generiert der Strahler Neutronen "nⁿ. Hierbei ist die Quelle für geladene Teilchen in Form einer über ein Plasma 24 mit der in Form eines Extraktors 25 von Ionen aus dem Plasma 24 ausgeführten Niederepannungselektrode des Beschleunigungsrohres 3 elektrisch gekoppelten Ionenquelle 23 ausgeführt.

Die mit Ionen beschossene Oberflächenschicht der Hochspannungselektrode 6 enthält ißritium. Im Volumen der Ionenquelle 23 sind Deuterium oder ein Deuterium-Tritium-Gemisch

—3

unter einem Druck von ca_o Λ0 Torr enthalten. Die Ionenquelle 23 ist in der Art von Ionenquellen mit Penning-Entladung ausgeführt und enthält eine über die Wicklung des Transformators 9 ^an das Gehäuse 4 angeschlossene Katode 26, eine gleichfalls an das Gehäuse 4 angeschaltete Antikatode 27, eine an das Gehäuse 4 über eine Spannungsquelle ¹¹U." angeschlossene Anode 28 und ein Solenoid 29· Der Ionenextraktor 25 ist mit dem Gehäuse 4 über eine Spannungsquelle "U_eX|j" elektrisch verbunden«

Fig. 5 zeigt eine Variante der Konstruktion des Rohrisolators, der Hochspannungswicklung und ihrer gegenseitigen Anordnung in dem in Fig. 1 dargestellten Strahler. Der Rohrisolator ist in Form eines ganzen fiohrstücks 30 aus Dielektrikum hergestellt« Die HochBpannungswicJfelung 31 ist bei

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ciiof'.er Variante schraubenlinienförmig angeordnet, und deren Windungen liegen in unmittelbarer Nähe von der Innenfläche des Rohrstücks 30· )

Die Arbeit des in Pig· 1 dargestellten Röntgen&enerators vollzieht, r-.ieh wi.p folrt. Die Spannung vom Hochfrequenzgentjrator 2 kommt an die Krregerwicklung 12 des ResonanztraruüTormators· Hierbei muß die Frequenz der der Erregerwicklung 12 des Besonanztransformators zugeführten Spannung gleich der Resonanzfrequenz seines sekundären, durch die Induktivität der Hochspannungswicklung 10 und die elektrischen Kapazitäten zwischen der Wicklung 10 und dem Gehäuse 4, zwischen der Elektrode 6 und dem Gehäuse 4- gebildeten Schwingungskreises sein oder nahe daran liegen» Dann entsteht zwischen der Hochspannungselektrode 6 und der xiiederspannungselektrode 7 eine Beschleunigungs-Wechselspannung der gleichen frequenz, die aber die an die Erregerwicklung angelegte Spannung um ein Vielfaches übersteigt. Die Amplitude der Beschleunigungsspannung hängt von der Güte des betrachteten Schwingungskreises und dem Laststrora der Beschleunigungsstrecke zwischen der Hoch— spannungselektrode 6 uad der Mederspannungselektrode 7 ah· Sie kann durch Amplitudenmessung des Stromes über den Widerstand 11 gemessen werden·

Der Laststrom fließt dank den durch die Quelle für geladene Teilchen, in der beschriebenen Variante durch die Katode 8, emittierten geladenen Teilchen« Die Katode 8 wird mit Hilfe des

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h Transformators 9 erhitzt. Die durch die Katode 8 emittierten Elektronen werden in Richtung zur Hochspannung elektrode 6 im Laufe Jeder positiven Halbperiode der ^pannun^ beschleunigt· Bei einem Beschüß der Hochspannungselektrode 6 mit Elektronen wird eine Röntgenstrahlung " /" generiert, die die Grenzen des Beschleunigungsrohres über die Wände des Gehäuses in der in Fig· 1 angedeuteten Richtung verlassen kann. Da die Röntgenstrahlung nur in den positiven Halbperioden der Spannung an der Beschleunigungelektrode 6 entsteht, hat sie einen intermittierenden Charakter und kann zur Erhaltung eines Kino— gramms eines schnell verlaufenden Prozesses oder eines sich bewegenden Gegenstandes ausgenutzt werden. Bei der Arbeit der Einrichtung wird in der Hochspannungswicklung 10 durch Verluste in den Leitungen dieser Wicklung sowie an der Hochspannunüselektrode 6 durch deren Elektronenbeschuß eine Leistung entwickelt, die abzuleiten ist* Zu diesem Zweck wird der Hochspannungswicklung 10 und in den Hohlraum der Hochspannungselektrode 6 ein

eines
Strom Kühlmittels zugeführt, dessen Bewegungsrichtung in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet ist. Das Kühlmittel bewegt sich im geschlossenen Kreislauf von der Zentrifugalpumpe 15 über den Kühlkörper 14 entlang der Hochspannunoswicklung 10, der Oberfläche der Hochspannungselektrode 6 und zurück über das Stück 13 der Rohrleitung zur Pumpe 15· Die durch das Kühlmittel übertragene Wärme wird dank der Wärmeleitfähigkeit von den Innenplatten des Kühlkörpers 14 an die Außenplatten übertragen, die von einem durch den Lüfter 17 erzeugten Luftstrom, wie in

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Fig. 1 gezeigt, abgekühlt werden. Die Pump»; 15 und der Lüfter 17 werden durch den Elektromotor 16 in Drehung versetzt.

Die betrachtete Konstruktion des Generators für ionisieren-

ri^:iml. ich de Strahlung bietet eine Reihe von Vorteilen. Darin ist das Gehäuse des Re%nanz transformator gleichzeitig ein Teil des Mantels des Beschleunigungsrohres, während die Gas- oder die Flüssigkeitsisolation zwischen der Hochspannungselektrode und dem Gehäuse des Resonanztransformator durch einen Vakuumraum

eine.s ersetzt ist, dessen elektrische Festigkeit die Dielektrikums wesentlich übertreffen kann. Das Fehlen von Hochdruck innerhalb des Gehäuses des Resonanztransformators gestattet es, dieses viel dünner zu fertigen. Aus diesen Gründen kann der <>γΠπ-

dungr. gemäße

Generator mit einem viel kompakteren und weniger massiven Strahler ausgeführt sein, der höhere Werte der spezifischen Ausgangsparameter besitzt. Darüber hinaus kann der Generator eine effektive Registrierung schnell verlaufender Prozesse mit einer Frequenz aufeinanderfolgender Röntgenaufnahmen bis zu einigen hunderttausend in der Sekunde, d.h. mit der Resonanzfrequenz des Schwingungskreises des Resonanz transformator, ermonli-cheats ist auch ein einfacher Zugang ^zur Hochspannungswicklung des Resonanztransformators hervorzuheben, was deren Abkühlung und

urin
Auswechsel erleichtert. Von Bedeutung ist auch dip Tatsache, daß der Vakuumraum in Gegensatz zu dem mit einem Dielektrikum gefüllten Hochspannungsraum keine zusätzlichen Verluste im Schwing-

infolge von kreis des Resonanztransformators Verschiebungsströmen

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veruSacht, was die Güte dieses Kreise verbessert.

Die Konstruktion des Resonanz tr ans fornti tors, das Verfahren zur Erhaltung einer beschleunigenden Potentialdifferenz und zur Abkühlung der Hochspannungswicklung 10 und der Elektrode 6 bei den Varianten der Generatoren für ionisierende Strahlung, deren Elektrodenblöcke in Fig. 2, 3» 4 f"^f/."i ·'. sind, sind analog dem oben Beschriebenen·

Die Arbeit des Generators für beschleunigte Elektronen, desaen Elektrodenblock in Fig. 2 dargestellt iüt, weist folgende Besonderheiten auf. BeIa Fließen dines Kapazitätastroms zwischen dem Gehäuse 4 und der Hochspannungselektrode 6, der auch über das Hochspannungsende dt_-r Hochspannungswicklung 10 fließt, wird in der Wicklung 19 ein Strom induziert. Dieser Strom erhitzt die Katode 8. Die durch die Katode 8 emittierten Elektronen werden in Richtung ^7ur Niederspannungselektrode 7

do no α

in den Halbperioden beschleunigt, in das Potential der Hochspannungselektrode eine negative Polarität besitzt. Bei Uner» glen der Elektroden von 300 keV und mehr können sie effektiv über die Grenzen des Beschleunigungsrohr^s 3 i** Fora eines

Bündels beschleunigter Elektronen "e" durch die Niederspanaus nungselektrode 7 hinausgeführt werden, wenn si« einem dünnen Werkstoff geringer Dichte - aus einer 50 bis 1Ό0 //a dicken Aluminium- oder Titanfolie - hergestellt 1st· Ist die Niederspannungselektrode aus einem Werkstoff

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hoher Dichte, ζ. B. aus dicker '*Volframfolie (0,2 bis 0,3 mm), hergestellt, wird die Einrichtung eine Röntgenstrahlung "i " generieren.

Die π η Variante der Konstruktion des Generators

für ionisierende Strahlung gestattet es, abgesehen von den Vorteilen der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion, Bündel beschleunigter Elektroden sowie intensive Ströme einer Röntgenstrahlung bei Energien der beschleunigten Elektroden über 300 bis 400 keV zu erhalten, weil das Richtdiagramm der Röntgenstrahlung bei derartigen Energien ein scharf ausgeprägtes Maximum in Bewegungsrichtung der beschleunigten Elektronen aufweist.

Die Arbeit des Generators für Röntgenstrahlung und beschleunigte Elektronen, dessen Elektrodenblock in Fig, 3 wie—

folreruier Weise. h dergegeben ±st_t ^v°i^lzivht π ich in Die Netzkatode 20 emittiert einen die Oberfläche der Hochspannungselektrode 6 beschießenden Elektronenstrom* Hierbei werden an der Oberfläche der Hochspannungselektrode 6 in den positiven Halbperioden der Spannung Quanten der Röntgenstrahlung " β " erzeugt, die bei dieser ■ Konstruktion des Elektrodenblocks gleichzeitig in Radialrichtung (dujs-ch die Wände des Gehäuses 4) und

in Axialrichtung (durch die Netzkatode 20 und ö>le Austrittsöffnung 22) austreten können. Ist die Betriebsart des Strahlers derart gewählt, daß die Oberfläche der Hochspannungselektrode 6 infolge des Beschüsses in solch em . Grad erhitzt wird, daß sie selbst Elektronen zu emittieren beginnt, so

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werden diese Elektronen in den negativen Halbp. rioden der Spannung an der Hochspannungselektrode 6 in Richtung "<ur Austrittsöffnung 22 beschleunigt. Die Elektronen können den Vakuumraum des Beschlounigungsrohres 3 verlassen.

Das Vorhandensein der fokussierenden Blende 21 gestattet

es, eine großflächige Netzkatode zu verwenden, die der Einwirkung eines Ionenbeschusses weniger ausgesetzt ist und daher aus einem Werkstoff mit einer geringen Elektronenaustrittsarbeit, beispielsweise aus thoriertem Wolfram, hergestellt werden kann·

Einer der zusätzlichen Hauptvorteile der betrachteten Konstruktion des Generators für ionisierende Strahlung besteht in seiner Vielfachbereitschaft. Darüber hinaus gestattet diese Konstruktion, sowohl das radiale als auch das stirnseitige Bündel der Röntgenstrahlung auszunutzen, was den Anwendungsbereich des Generators erweitert und dessen Leistungsfähigkeit bei der Defektoskopie ^it einer gleichzeitigen Ausnutzung die-

hervorzuheben, ser Bündel erhöhen kann. Es ist auch daß die o^fin-

dunROKemißo _Konstrukfcion der Netzkatode es erlaubt, deren Wirksamkeit durch Verwendung eines Materials . mit niedriger Aus-

dorcn
fcrittsarbeit bei Herstellung zu steigern« Die Arbeit des Neutronengenerators, dessen Elektroden—

block in Fig. 4- dargestellt 1st, weist folgende Besonderheiten

h auf· Mit Hilfe des Transformators 9 wird die Katode 26 der

Ionenquelle 23 erhitzt« Es wird durch die Wicklung des Solenoids

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29 ein Stroa geschickt und im Volumen der Ionenquelle 23 ein axiales Magnetfeld aufgebaut· Der Anode 28 dar Ionenquelle 23 wird eine positive Spannung '¹U." zugeführt· Dann zündet in Deuterium oder in einen D< uterium-Tritum-Gemisch, die d ;; ;

—•5 Volumen der Ionenquelle 23 bei einem Druck von ca. 10 ^ Torr ausfüllen, infolge einer axialen Elektronenoszillation eine Penning-Entladung, und es bildet sich ein Plasma 24 aus· Dem Ionenextrakt or 25 wird eine negative Spannung "U _t" zugeführt· Im vorstehend beschriebenen Verfahren wird eine Beschleunigungsspannung zwischen der Hochspannungselektrode und der Niederspannungselektrode, im vorliegenden Fall dem Extraktor 25» erzeugt« Die Deuteriumionen werden durch das Feld des Extraktors 25 herausgezogen, und ea wird mit deren Beschleunigung in Richtung zur Hochspannungselektrode 6 in den

in denen.

Halbperioden begonnen, deren Potential negativ ist. üie beschießen die mit Tritium gesättigte Oberflächenschicht der Hochspannungselektrode 6 und es läuft die Reaktion einer Synthese von Deuterium und Tritium unter Aussendung von Neutronen mit einer Energie von 14 MeV ab« Die die Hochspannungs elektrode 6 beschießenden Tritiumionen gleichen den Verbrauch von Tritium in der Oberflächenschicht aus« Ein Hauptvorteil dieser Variante des Neutronengenerators

bietet

die Möglichkeit, die Ionen auf üiergien von 300 bis 400 keV

zu beschleunigen, das Bündel der beschleunigten Tonen damit effektiv auszunutzen und intensive Neutronenflüsse mit Hilfe eines kleinformatigen Neutronenstrahlers zu erhalten*

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Die Arbeit des Generators für ionisierende Strahlung mit einem in Form eines ganzen Rohrstücks ausgeführten Rohrisolator und einer schraubenlinienförmig koaxial zu diesem Rührstück, wie in Fig. 5 gezeigt, angeordneten Hochspannuntjswicklung vorläuft analog dem oben Beschriebenen,

Der Vorteil dieser Variante besteht darin, d_aß die Oberfläche der Leitungen der Hochspannungswicklung 31 dem Strom des Kühlmittels zugewandt ist und daher intensiv abgekühlt wird. Bei einer turbulenten Strömung des Kühlmittels können sich darin ^asblasen ausbilden. Die anconebene Konstruktion der Hochspan-

jedoch

Hingswicklungen 31 gewährleistet eine Abschirmung des Kühlmittels gegen starke elektrische Felder, weshalb das Erscheinen von Gasblasen im Kühlmittel keinen elektrischen Durchschlag bewirkt· Darüber hinaus trägt das dichte Anliegen der Windungen der Hochspannungswicklung 31 an der Oberfläche des Rohrstücks 30 zu einer gleichmäßigeren Potentialverteilung über dessen Länge bei und vergrößert dadurch dessen elektrische Festigkeit;·

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Leerseite

Claims

P 76

^. Jan. 1979

_L/Kdcj 20Ü0328

Μ», Generator für ionisierende- Strahlung, in dem der Strahler für ionisierende Strahlung einen Resonanztransformator, dessen Erregerwicklung an dem mit dem stroraleitenden Gt.-häuse des Resonanztransf ormutors elektrisch gekoppelten M ed ;cspannungsende einer Hochspannun^üwicklung angeordnet ist, und ein Beschleunigungsrohr enthält, dessen Hochspannungelektrode an das Hochspannungsende der Hochspannungswicklung des Resonanztransformators angeschlossen und an einem der linden einee Rohrisolators dieses Beschleunigungsrohres befestigt und dessen Niederspannungseloktrode mit dem Gehäuse des Resonanztransformators elektrisch gekoppelt ist, ».)··■· >::.■·,·■ quelle f^r geladene Teilchen im Vakuumraum des Beschleunigungsrohres liegt und elektrisch mit einer seiner Elektroden verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungswicklung (10) des Kesonanztransformators innerhalb des ttohrisolatora (5) des Beschleunigungsrohres (3) und dessen Vakuumraum zwischen dem Gehäuse (4) des Resonanztransformators und dem Rohrisolator (5) liegt.

2· Generator nach Anspruch 1, ^: ή dem die Hochspannungwicklung des Resonanztransformators schraubenlinienförmig koaxial zun Rohrisolator angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß dor Kohrisolator (5) in Form eines einheitlichen Rohrstücks (30) ausgeführt ist un-i die Windungen der Hochspannungswicklung (10) in unmittelbarer Nähe von der Innenfläche dieses Rohrstücks (30) angeordnet sind«

ORIGINAL INSPECTED

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