RU128395U1

RU128395U1 - ELECTRIC VACUUM APPLIANCE CATHODE ASSEMBLY

Info

Publication number: RU128395U1
Application number: RU2012153488/07U
Authority: RU
Inventors: Олег Витальевич Алымов; Геннадий Владимирович Левко; Валерий Николаевич Лукьянов; Галина Анатольевна Мамаева; Ольга Александровна Филиппова; Виктор Михайлович Фролов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Электрон"
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-05-20

Abstract

1. Катодный узел электровакуумного прибора, содержащий герметичный корпус, анод и фотоэлектронный преобразователь с фотокатодом и динодной системой умножения вторичных электронов, отличающийся тем, что фотоэлектронный преобразователь дополнительно снабжен системой сеточных управляемых динодов, расположенной между фотокатодом и динодной системой умножения и состоящей, по меньшей мере, из одного сеточного управляемого динода.2. Катодный узел электровакуумного прибора по п.1, отличающийся тем, что система сеточных управляемых динодов снабжена выводами за пределы герметичного корпуса для подключения управляющего напряжения.3. Катодный узел электровакуумного прибора по п.1, отличающийся тем, что первый сеточный управляемый динод расположен в непосредственной близости от фотокатода.4. Катодный узел электровакуумного прибора по п.1, отличающийся тем, что каждый последующий сеточный управляемый динод имеет большие размеры ячейки.1. The cathode assembly of an electrovacuum device comprising a sealed housing, an anode and a photoelectronic converter with a photocathode and a dynode secondary electron multiplication system, characterized in that the photoelectronic converter is further provided with a grid controlled dynode located between the photocathode and the dynode multiplication system and consisting of at least , from one grid controlled dynode. 2. The cathode assembly of the electrovacuum device according to claim 1, characterized in that the grid-controlled dynode system is equipped with leads outside the sealed enclosure for connecting the control voltage. The cathode assembly of an electrovacuum device according to claim 1, characterized in that the first grid controlled dynode is located in the immediate vicinity of the photocathode. The cathode assembly of the electrovacuum device according to claim 1, characterized in that each subsequent grid-controlled dynode has large cell sizes.

Description

Предлагаемое решение относится к электровакуумным приборам, работающим при высоких напряжениях, в частности к рентгеновским трубкам.The proposed solution relates to electrovacuum devices operating at high voltages, in particular to x-ray tubes.

В качестве источника электронов в электровакуумных приборах, работающих при высоких напряжениях, например, в рентгеновских трубках, используются накальные и холодные катоды.As a source of electrons in electric vacuum devices operating at high voltages, for example, in x-ray tubes, glow and cold cathodes are used.

Известен катодный узел рентгеновской трубки, описанный в патентном документе LV 14047 (В), «X-RAY TUBE OF CONTINUOUS OPERATION» 20.01.2010 г., заявитель R & P SIA [LV], с катодом на основе встроенного фотоэлектронного преобразователя и внешнего источника фотонов для возбуждения токов фото и вторичных электронов в вакуумном объеме РТ, который относится к «холодным» катодам.The known cathode assembly of an X-ray tube is described in patent document LV 14047 (B), “X-RAY TUBE OF CONTINUOUS OPERATION” 01/20/2010, Applicant R & P SIA [LV], with a cathode based on an integrated photoelectric converter and an external source photons for the excitation of photo currents and secondary electrons in the vacuum volume of the RT, which refers to the "cold" cathodes.

Такой катодный узел представляет собой фотоэлектронный преобразователь (ФЭП) с фотокатодом в качестве источника электронов и динодной системой умножения, с выводами для подачи напряжения на электроды. В качестве ФЭП предлагается использовать ФЭП умножительного типа. Работа фотоэлектронного преобразователя состоит в следующем: на электроды ФЭП подается напряжение, которое распределяется таким образом, чтобы электроны с фотокатода направлялись на диноды умножителя, а затем на анод. Свет, попадая на фотокатод, вызывает поток электронов. Электроны умножаются на динодах и под действием сильного электрического поля бомбардируют анод, вызывая рентгеновское излучение.Such a cathode assembly is a photoelectronic converter (PEC) with a photocathode as an electron source and a dynode multiplication system, with leads for supplying voltage to the electrodes. It is proposed to use a photomultiplier of the multiplier type as a PEC. The operation of the photoelectronic converter is as follows: a voltage is applied to the electrodes of the photomultiplier, which is distributed so that the electrons from the photocathode are directed to the dynodes of the multiplier, and then to the anode. Light entering the photocathode causes a stream of electrons. Electrons are multiplied by dynodes and under the influence of a strong electric field they bombard the anode, causing x-ray radiation.

Однако известное решение не позволяет применить ФЭП умножительного типа в традиционной конструкции в качестве источника электронов для приборов, требующих для своей работы десятки и сотни киловольт, таких, какие требуются для получения, например, рентгеновского излучения из-за разрядных явлений на выводах, расположенных в поле высокого напряжения. Кроме того, такой катодный узел не позволяет эффективно сфокусировать поток фотоэлектронов с фотокатода на динодную систему умножения, а затем сформировать поток вторичных электронов на анод, и поэтому не обеспечивает высокий коэффициент усиления и выходной ток достаточной величины на анод рентгеновской трубки.However, the known solution does not allow the use of photomultiplier tubes in the traditional design as an electron source for devices requiring tens or hundreds of kilovolts for their operation, such as are required to obtain, for example, x-ray radiation due to discharge phenomena at the terminals located in the field high voltage. In addition, such a cathode assembly does not allow efficiently focusing the flow of photoelectrons from the photocathode to the dynode multiplication system, and then generating a stream of secondary electrons to the anode, and therefore does not provide a high gain and an output current of sufficient magnitude to the anode of the x-ray tube.

Наиболее близким к заявляемому, взятым в качестве прототипа, является катодный узел электровакуумного прибора, по 2012122994/07 (035007) решение о выдаче патента 01.08.2012 г., заявитель ОАО «ЦНИИ «Электрон», в котором фотоэлектронный преобразователь дополнительно имеет фотокатодную камеру с входным оптическим окном, на внутренней поверхности которого расположен фотокатод, а выводы для подачи напряжения от внешнего источника на электроды фотоэлектронного преобразователя расположены вокруг фотокатодной камеры, причем диаметр фотокатодной камеры меньше диаметра динодной системы умножения вторичных электронов. Под воздействием света фотокатод эмитирует поток электронов, который формируется электрическим полем фокусирующего и ускоряющего электродов и попадает на динодную систему. Затем происходит покаскадное умножение электронов, после 12-го динода усиленный поток электронов попадает под действие поля системы фокусирующих электродов и ускоряется полем анода.The closest to the claimed one, taken as a prototype, is the cathode assembly of an electrovacuum device, according to 2012122994/07 (035007) the decision to grant a patent on 08/01/2012, the applicant of the Central Research Institute "Electron", in which the photoelectric converter additionally has a photocathode camera with an input optical window, on the inner surface of which the photocathode is located, and the terminals for supplying voltage from an external source to the electrodes of the photoelectronic converter are located around the photocathode chamber, the diameter of the photocathode chamber being thinner than the diameter of the dynode system of multiplication of secondary electrons. Under the influence of light, the photocathode emits an electron stream, which is formed by the electric field of the focusing and accelerating electrodes and enters the dynode system. Then a cascade multiplication of electrons occurs, after the 12th dynode, the amplified electron flux falls under the action of the field of the focusing electrode system and is accelerated by the anode field.

К недостаткам известного решения следует отнести тот факт, что рентгеновская трубка не может быть полностью закрыта, поскольку даже при полном отсутствии света, из фотокатода вылетает некоторое количество электронов, которое образует некий минимальный поток рентгеновского излучения. Наличие утечек излучения негативно влияет на безопасность использования такой конструкции.The disadvantages of the known solution include the fact that the x-ray tube cannot be completely closed, because even in the complete absence of light, a certain number of electrons fly out of the photocathode, which forms a certain minimum flux of x-ray radiation. The presence of radiation leaks adversely affects the safety of using such a design.

Заявленное решение направлено на создание конструкции катодного узла электровакуумного прибора, например такого, как рентгеновская трубка, обеспечивающей возможность полного запирания электронного потока.The claimed solution is aimed at creating the design of the cathode assembly of an electrovacuum device, for example, such as an x-ray tube, which makes it possible to completely block the electron beam.

Поставленная цель достигается за счет того, что в известном катодном узле электровакуумного прибора, содержащем герметичный корпус, анод и фотоэлектронный преобразователь с фотокатодом и динодной системой умножения вторичных электронов, фотоэлектронный преобразователь дополнительно снабжен системой сеточных управляемых динодов, расположенной между фотокатодом и динодной системой умножения и состоящей, по меньшей мере, из одного сеточного управляемого динода. Кроме того, система сеточных управляемых динодов снабжена выводами за пределы герметичного корпуса, для подключения управляющего напряжения, причем первый сеточный управляемый динод расположен в непосредственной близости от фотокатода, а каждый последующий сеточный управляемый динод имеет большие размеры ячейки.This goal is achieved due to the fact that in the known cathode assembly of an electrovacuum device containing a sealed housing, an anode and a photoelectronic converter with a photocathode and a dynode system for multiplying secondary electrons, the photoelectronic converter is additionally equipped with a grid-controlled dynode system located between the photocathode and the dynode multiplication system and consisting from at least one grid controlled dynode. In addition, the grid controlled dynode system is equipped with leads outside the sealed enclosure for connecting the control voltage, the first grid controlled dynode located in the immediate vicinity of the photocathode, and each subsequent grid controlled dynode has large cell sizes.

Технический результат заявленного решения заключается в том, что благодаря введению в конструкцию катодного узла нового элемента - системы сеточных управляемых динодов, появляется возможность управления процессом формирования рентгеновского излучения, в частности, подача на систему сеточных управляемых динодов нулевого или отрицательного потенциала, который не позволяет электронам от фотокатода попасть на динодную систему умножения вторичных электронов, приводит к прекращению формирования рентгеновского излучения, т.е. позволяет полностью закрыть трубку, исключить нерегулируемую утечки электронов, что в свою очередь приводит к повышению безопасности использования таких приборов. С другой стороны, в процессе работы катодного узла, система сеточных управляемых динодов является источником вторичных электронов, становясь частью динодной системы умножения вторичных электронов, т.е. увеличивается поток электронов, что приводит к усилению основного сигнала. Использование заявленного решения в системах передачи информации с использованием рентгеновского излучения позволяет достичь 100% модуляции передаваемого сигнала.The technical result of the claimed solution is that due to the introduction of a new element into the design of the cathode assembly - a system of controlled grid dynodes, it becomes possible to control the process of X-ray generation, in particular, the supply of zero or negative potential to the system of controlled grid dynodes, which prevents electrons from the photocathode to get to the dynode system of multiplication of secondary electrons, leads to the cessation of the formation of x-ray radiation, i.e. allows you to completely close the tube, to exclude unregulated leakage of electrons, which in turn leads to increased safety of the use of such devices. On the other hand, during the operation of the cathode assembly, the system of controlled grid dynodes is a source of secondary electrons, becoming part of the dynode system of multiplication of secondary electrons, i.e. the flow of electrons increases, which leads to amplification of the main signal. Using the claimed solution in information transmission systems using x-ray radiation allows you to achieve 100% modulation of the transmitted signal.

На фиг.1 схематически представлен чертеж рентгеновской трубки с заявляемым катодным узлом.Figure 1 schematically shows a drawing of an x-ray tube with the claimed cathode assembly.

Рентгеновская трубка состоит из катодного узла, содержащего фотоэлектронный преобразователь 1, герметичный корпус 2 и анод 3.An x-ray tube consists of a cathode assembly containing a photoelectronic converter 1, a sealed housing 2, and an anode 3.

Фотоэлектронный преобразователь состоит из фотокатодной камеры 6, которая представляет собой стеклянный цилиндр, на торце которого через коваровое кольцо 5 герметично вварено входное окно 4 из оптического стекла. С внутренней стороны входного окна 4 нанесен полупроводниковый, полупрозрачный фотокатод 7. Внутри цилиндра расположена динодная система 8, которая служит усилению потока фотоэлектронов и система электродов 9, формирующих выходной электронный поток, позволяющая получить необходимый регулируемый фокус на аноде трубки.The photoelectronic converter consists of a photocathode chamber 6, which is a glass cylinder, at the end of which an optical glass input window 4 is hermetically welded through an insidious ring 5. A semiconductor, translucent photocathode 7 is applied on the inside of the inlet window 4. Inside the cylinder there is a dynode system 8, which serves to enhance the flow of photoelectrons and a system of electrodes 9 that form the output electron stream, which makes it possible to obtain the necessary adjustable focus on the tube anode.

Внутри цилиндра расположены также фокусирующий и ускоряющий электроды, два испарителя сурьмы, расположенные определенным образом, источники калия и цезия (на чертеже не показаны).Inside the cylinder there are also focusing and accelerating electrodes, two antimony evaporators located in a certain way, sources of potassium and cesium (not shown in the drawing).

Внутри цилиндра между фотокатодом 7 и динодной системой 8 установлена система сеточных управляемых динодов 11, содержащая по меньшей мере один сеточный управляемый динод, снабженный выводом (не показано) за пределы фотокатодной камеры 6, для подключения управляющего напряжения.Inside the cylinder, between the photocathode 7 and the dynode system 8, a grid controlled diode 11 system is installed, comprising at least one grid controlled dynode provided with an output (not shown) outside the photocathode chamber 6 for connecting a control voltage.

Фотокатодная камера 6 представляет собой стеклянный цилиндр, вваренный в стеклянный диск большего диаметра. Вокруг цилиндра в стеклянный диск вварены 20 коваровых выводов 10, которые служат для соединения электродов, расположенных внутри герметичного объема, с источниками питания снаружи (выводы показаны только с наружной стороны).The photocathode chamber 6 is a glass cylinder welded into a larger diameter glass disk. Around the cylinder, 20 insidious leads 10 are welded into the glass disk, which serve to connect the electrodes located inside the sealed volume with power supplies from the outside (the leads are shown only from the outside).

В качестве динодной системы 8, которая служит усилению потока фотоэлектронов, может быть использована, например, жалюзийная система из 12 динодов на основе бронзы Cu-Al-Mg.As the dynode system 8, which serves to enhance the flow of photoelectrons, can be used, for example, a blind system of 12 dynodes based on bronze Cu-Al-Mg.

Работа катодного узла, включающего ФЭП, заключается в следующем:The operation of the cathode assembly, including the photomultiplier, is as follows:

Подают напряжение питания на электроды: фотокатод 7, фокусирующий и ускоряющий электроды (не показаны), динодную систему 8, выходные формирующие электроды 9. Общее напряжение питания фотоумножительной части катодного узла составляет порядка 3-100 кВ. Другой источник питания подает высокое (10-50 кВ) напряжение между выходными электродами и анодом 3.The supply voltage is applied to the electrodes: photocathode 7, focusing and accelerating electrodes (not shown), dynode system 8, output forming electrodes 9. The total supply voltage of the photomultiplier part of the cathode assembly is about 3-100 kV. Another power source supplies high (10-50 kV) voltage between the output electrodes and the anode 3.

Под воздействием света фотокатод 7, эмитирует поток электронов, который формируется электрическим полем фокусирующего и ускоряющего электродов и попадает на первый динод динодной жалюзийной умножительной системы 8. Затем происходит покаскадное умножение электронов, после 12-го динода получаем усиленный поток электронов, который попадает под действие поля системы фокусирующих электродов 9 и ускоряется полем анода 3.Under the influence of light, the photocathode 7 emits an electron flux, which is formed by the electric field of the focusing and accelerating electrodes and falls on the first dynode of the dynode louvre multiplier system 8. Then the cascade multiplication of electrons occurs, after the 12th dynode we obtain an amplified electron flux, which falls under the action of the field system of focusing electrodes 9 and is accelerated by the field of the anode 3.

Введение в конструкцию катодного узла нового элемента - системы сеточных управляемых динодов 11, позволяет управлять процессом формирования рентгеновского излучения. При обычной работе катодного узла система сеточных управляемых динодов 11 является источником вторичных электронов, т.е. становится частью динодной системы 8, что приводит увеличению потока электронов и усилению основного сигнала.Introduction to the design of the cathode assembly of a new element - a system of controlled grid dynodes 11, allows you to control the process of formation of x-ray radiation. During normal operation of the cathode assembly, the system of controlled grid dynodes 11 is a source of secondary electrons, i.e. becomes part of the dynode system 8, which leads to an increase in the electron flux and amplification of the main signal.

При необходимости выключения рентгеновской трубки, на систему сеточных управляемых динодов 11 подается нулевой или отрицательный потенциал, который не позволяет электронам от фотокатода 7 попасть на основную динодную систему 8.If it is necessary to turn off the x-ray tube, a zero or negative potential is applied to the system of controlled grid dynodes 11, which prevents the electrons from the photocathode 7 from reaching the main dynode system 8.

Управлять системой сеточных управляемых динодов 11 можно очень малым напряжением, т.к. она расположена в непосредственной близости к фотокатоду 7.You can control the system of grid controlled dynodes 11 with a very low voltage, because it is located in close proximity to the photocathode 7.

Система сеточных управляемых динодов 11, содержащая два сеточных управляемых динода может полностью выключить рентгеновскую трубку.A grid controlled dynode system 11 comprising two grid controlled dynodes can completely turn off the x-ray tube.

Использование данного решения в системах передачи информации с использованием рентгеновского излучения позволяет достичь 100% модуляции передаваемого сигнала.The use of this solution in information transmission systems using x-ray radiation allows to achieve 100% modulation of the transmitted signal.

Рентгеновская трубка с предложенным катодным узлом может обеспечить работу в импульсном и непрерывном режимах, стабильность выходного сигнала в непрерывном режиме за счет обратной связи по управлению источником света, долговечность, быстродействие, малую мощность потребления, что делает данный прибор многофункциональным.An x-ray tube with the proposed cathode assembly can provide pulsed and continuous operation, output signal stability in the continuous mode due to feedback on the control of the light source, durability, speed, low power consumption, which makes this device multifunctional.

Claims

1. The cathode assembly of an electrovacuum device comprising a sealed housing, an anode and a photoelectronic converter with a photocathode and a dynode secondary electron multiplication system, characterized in that the photoelectronic converter is further provided with a grid controlled dynode located between the photocathode and the dynode multiplication system and consisting of at least , from one grid controlled dynode.

2. The cathode assembly of the electrovacuum device according to claim 1, characterized in that the grid controlled dynode system is equipped with leads outside the sealed enclosure for connecting the control voltage.

3. The cathode assembly of the electrovacuum device according to claim 1, characterized in that the first grid-controlled dynode is located in the immediate vicinity of the photocathode.

4. The cathode assembly of the electrovacuum device according to claim 1, characterized in that each subsequent grid-controlled dynode has large cell sizes.