RU2046558C1 - X-ray radiation source - Google Patents
X-ray radiation source Download PDFInfo
- Publication number
- RU2046558C1 RU2046558C1 RU93014288A RU93014288A RU2046558C1 RU 2046558 C1 RU2046558 C1 RU 2046558C1 RU 93014288 A RU93014288 A RU 93014288A RU 93014288 A RU93014288 A RU 93014288A RU 2046558 C1 RU2046558 C1 RU 2046558C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- target
- metal
- metal layer
- thickness
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- X-Ray Techniques (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к рентгеновской технике и может быть применено в радиационных технологиях, предпочтительно в тех из них, где требуются высокие импульсные мощности доз тормозного излучения с энергией квантов до 10 МэВ, превышающие в 106 раз среднюю дозу источника, что найдет широкое применение в пищевой, химической и медицинской промышленности.The invention relates to x-ray technology and can be applied in radiation technologies, preferably in those where high pulsed dose rates of bremsstrahlung with quanta energies of up to 10 MeV are required, which exceed 10 6 times the average source dose, which will be widely used in food, chemical and medical industry.
Известен источник рентгеновского излучения, содержащий ускоритель электронов высокой энергии, устройство для выпуска электронов в атмосферу и мишень, охлаждаемую потоком воздуха [1]
Недостатками этого источника являются малый ресурс мишени и сложность конструкции за счет применения выпускного устройства.A known source of x-ray radiation containing a high-energy electron accelerator, a device for releasing electrons into the atmosphere and a target cooled by an air stream [1]
The disadvantages of this source are the small resource of the target and the complexity of the design due to the use of the exhaust device.
Известен источник рентгеновского излучения, содержащий мощный импульсный частотный генератор электронного пучка и мишень из металла с большим зарядом ядра Zм толщиной lм, не превышающей длины пробега электронов пучка в материале мишени [2] Мишень расположена в вакуумной камере ускорителя и охлаждается за счет теплового излучения.A known X-ray source containing a powerful pulsed frequency generator of an electron beam and a metal target with a large core charge Z m of thickness l m not exceeding the mean free path of the beam electrons in the target material [2] The target is located in the vacuum chamber of the accelerator and is cooled by thermal radiation .
Недостатками такого источника являются малая величина допустимой плотности выделяемой на мишени средней мощности пучка (меньше 20 Вт/см2) и малый ресурс работы мишени, обусловленные высокой величиной пиковой мощности пучка, превышающей среднюю в 106 и более раз. При такой высокой импульсной мощности танталовая мишень "плывет", вольфрамовая крошится.The disadvantages of such a source are the small value of the allowable density of the average beam power released on the target (less than 20 W / cm 2 ) and the small resource of the target, due to the high peak power of the beam exceeding the average by 10 6 times or more. With such a high pulse power, the tantalum target “floats”, the tungsten target crumbles.
Техническим результатом изобретения является повышение допустимой плотности, выделяемой на мишени средней мощности пучка, и ресурса ее работы. The technical result of the invention is to increase the allowable density allocated to the target average beam power, and the resource of its work.
Технический результат достигается тем, что в источнике рентгеновского излучения, содержащем мощный импульсный частотный генератор электронного пучка и мишень из металла с большим зарядом ядра Zм толщиной lм не превышающей длины пробега электронов пучка в материале мишени, мишень выполнена в виде углеродной подложки с нанесенным со стороны генератора электронного пучка рабочим слоем из того же металла, причем толщина подложки lп выбрана из условия lп < lм ˙ ρм / ρп, где ρм, ρп плотности металла мишени и подложки (углерода) соответственно. Кроме того, рабочий слой выполнен из карбида того же металла или из смеси того же металла с углеродом и/или на рабочий слой металла со стороны генератора электронного пучка нанесено углеродное покрытие, толщина которого lпок выбрана из условия, lпок < lм.The technical result is achieved in that in an x-ray source containing a powerful pulsed frequency generator of an electron beam and a metal target with a large core charge Z m of thickness l m not exceeding the mean free path of the electron beam in the target material, the target is made in the form of a carbon substrate coated with the side of the electron beam generator with a working layer of the same metal, the substrate thickness l p selected from the condition l p <l m ˙ ρ m / ρ p , where ρ m , ρ p the density of the target metal and the substrate (carbon), respectively about. In addition, the working layer is made of carbide of the same metal or a mixture of the same metal with carbon and / or a carbon coating is applied to the working layer of the metal from the side of the electron beam generator, the thickness of which is l coat selected from the condition, l coat <l m .
В такой конструкции мишени рабочий слой металла, как и в прототипе, выполняет функцию конвертора энергии электронов в рентгеновское излучение, а графитовая подложка, обладающая более высокой стойкостью к импульсным тепловым воздействиям, несет механическую нагрузку. Смешение металла с графитом предотвращает "текучесть" металла как целого. Наличие углеродного покрытия предотвращает распыление металла. Высокая прозрачность углерода для электронов и рентгеновского излучения позволяет получить практически такой же выход рентгеновского излучения, как и в случае чисто металлической мишени. Таким образом, применение углеродной компоненты в мишени позволяет существенно увеличить допустимую плотность выделяемой в ней энергии и ее ресурс как за счет высокой стойкости углеродной компоненты к импульсным воздействиям, так и за счет ее более высокой степени теплового излучения. In this design of the target, the working metal layer, as in the prototype, performs the function of a converter of electron energy into x-ray radiation, and the graphite substrate, which has a higher resistance to pulsed thermal effects, carries a mechanical load. Mixing metal with graphite prevents the "fluidity" of the metal as a whole. The presence of a carbon coating prevents metal spraying. The high transparency of carbon for electrons and x-ray radiation allows you to get almost the same yield of x-ray radiation, as in the case of a purely metal target. Thus, the use of the carbon component in the target can significantly increase the allowable density of the energy released in it and its resource both due to the high resistance of the carbon component to pulsed effects, and due to its higher degree of thermal radiation.
На фиг.1 и 2 представлен источник рентгеновского излучения, варианты. Figure 1 and 2 presents the source of x-ray radiation, options.
Источник содержит импульсный частотный генератор 1, ускоряющий электронный пучок 2 и мишень, состоящую из рабочего слоя 3 металла, углеродной подложки 4 и углеродного покрытия 5 (фиг.2). Источник электронного пучка 2 и мишень расположены в вакуумной камере. Мишень является анодом генератора электронного пучка. Металлический слой 3, выполняющий функцию конвертора энергии пучка в рентгеновское излучение, расположен на подложке 4 со стороны генератора 1, его толщина выбирается из условия максимального рентгеновского выхода. Обычно применяется вольфрам или тантал, обладающие большим Zм и высокой температурой плавления, при этом толщина слоя lм составляет 0,5 1 длины пробега электронов, которая определяется энергией электронов. Толщина углеродной подложки lп, выполняемой из наиболее прочных марок графита или углеродных тканей, выбирается из условия обеспечения механической прочности при минимальном поглощении рентгеновского излучения:
lп < lм ˙ ρм / ρп, в случае тантала (ρ= 16,6 г/см3) или вольфрама ( ρ= 19,3 г/см3) lп < 17 lм.The source contains a
l p <l m ˙ ρ m / ρ p , in the case of tantalum (ρ = 16.6 g / cm 3 ) or tungsten (ρ = 19.3 g / cm 3 ) l p <17 l m .
В настоящее время существует ряд технологий нанесения металлов на поверхность графита, например пропитка графита, как это делается при изготовлении щеток электродвигателей или с помощью плазмотрона и т.д. Металл может быть нанесен на подложку в виде порошка в смеси с углеродом, взятых примерно в одинаковых объемах. При этом углерод предотвращает сплавление металла и изменения формы рабочего слоя металла, как это происходит в случае чистой танталовой пластины. Графитовая компонента смеси практически не влияет на величину выхода рентгеновского излучения. Рабочий слой металла может быть защищен со стороны электронного пучка углеродным покрытием например углеродной тканью, толщина которой не превышает толщину металла lпок < lмет. Углеродное покрытие подавляет эрозию металла и при такой толщине практически прозрачно для электронов пучка.Currently, there are a number of technologies for applying metals to the surface of graphite, for example, impregnation of graphite, as is done in the manufacture of electric motor brushes or using a plasma torch, etc. The metal can be deposited on a substrate in the form of a powder mixed with carbon, taken in approximately equal volumes. In this case, carbon prevents fusion of the metal and changes in the shape of the working layer of the metal, as occurs in the case of a clean tantalum plate. The graphite component of the mixture has practically no effect on the x-ray yield. Work metal layer can be protected from an electron beam such as a carbon-coated carbon cloth, the thickness of which does not exceed the thickness of the metal dormancy l <l met. The carbon coating suppresses the erosion of the metal and at this thickness is almost transparent to the beam electrons.
Источник работает следующим образом. The source works as follows.
При включении импульсного генератора 1 электронный пучок 2, бомбардирующий мишень, поглощается рабочим слоем 3 металла, который и является источником жесткого тормозного излучения. При высоких энергиях электронов (больше 1 МэВ) тормозное рентгеновское излучение направлено преимущественно в сторону распространения электронного пучка и практически беспрепятственно проходит через углеродную подложку 4. Вакуумная камера имеет выпускное окно, расположенное напротив подложки 4. В зависимости от схемы генератора электронного пучка мишень может иметь нулевой или высокий положительный потенциал. When you turn on the
Рассмотрим конкретный пример работы рентгеновского источника, в котором используется импульсный частотный генератор электронного пучка на основе плазменного прерывателя тока с параметрами: частота импульсов 2 Гц, энергия электронов пучка 3 МэВ, ток пучка 20 кА, длительность 100 нс, импульсная мощность пучка 6 ˙ 1010 Вт, средняя 12 ˙ 103 Вт. Длина пробега электронов для вольфрама или тантала составляет 2,3 г/см2. Оптимальная с точки зрения рентгеновского выхода толщина танталового слоя составляет 0,8 мм (1,3 г/см2).Let us consider a specific example of the operation of an x-ray source, in which a pulsed frequency generator of an electron beam is used based on a plasma current chopper with parameters:
В качестве подложки 4 использовалось три слоя графитовой ткани общей толщиной 1,5 мм, что обеспечивает необходимую механическую прочность и с большим запасом удовлетворяет условию пропускания рентгеновского излучения. В качестве рабочего слоя металла применялся порошок карбида тантала толщиной 1,5 г/см2 или "мочалка" из вольфрамовой проволоки диаметром 0,04 мм с массовой толщиной 1,3 г/см2 (использовалась бракованная спираль ламп накаливания). В качестве углеродного покрытия использовалась углеродная ткань толщиной 0,5 мм (0,3 г/см2). Мощность дозы рентгеновского излучения на расстоянии 0,5 м от мишени составила одну и ту же величину 0,25 кГр/ч как в случае прототипа (танталовая или вольфрамовая пластина 0,8 мм), так и в случае рассмотренных выше вариантов мишени по схеме фиг.2. Ресурс мишени из чистого металла при средней плотности мощности 20 Вт/см2 составляет около 1 ч: танталовая пластина "сплавляется", вольфрамовая крошится. Предлагаемая мишень отработала 200 ч при средней плотности мощности 50 Вт/см2 без видимых следов разрушения.As the substrate 4, three layers of graphite fabric with a total thickness of 1.5 mm were used, which provides the necessary mechanical strength and with a large margin satisfies the condition for transmitting x-ray radiation. As the working layer of the metal, tantalum carbide powder 1.5 g / cm 2 thick or a "washcloth" made of tungsten wire with a diameter of 0.04 mm and a mass thickness of 1.3 g / cm 2 was used (defective incandescent lamp was used). As the carbon coating was used carbon fabric with a thickness of 0.5 mm (0.3 g / cm 2 ). The dose rate of x-ray radiation at a distance of 0.5 m from the target was the same value of 0.25 kGy / h both in the case of the prototype (tantalum or tungsten plate 0.8 mm), and in the case of the above options for the target according to the scheme of FIG. .2. The target resource of pure metal at an average power density of 20 W / cm 2 is about 1 hour: the tantalum plate “fuses”, the tungsten crumbles. The proposed target worked for 200 hours at an average power density of 50 W / cm 2 without visible traces of destruction.
Таким образом, предложенная схема мишени позволяет вдвое увеличить среднюю плотность выделяемой на ней мощности и как минимум в 200 раз увеличить ее ресурс. Thus, the proposed target scheme makes it possible to double the average density of the power released on it and at least 200 times increase its resource.
Claims (2)
lп< lм·ρм/ρп,
где ρм, ρп плотности материала рабочего слоя мишени и углеродной подложки соответственно,
при этом в качестве материала рабочего слоя мишени использован металл, или карбид металла, или порошкообразная смесь металла с углеродом в равных объемах.1. SOURCE OF X-RAY RADIATION, containing a powerful pulsed frequency generator of an electron beam and a target made of a material with a large atomic number z m and a high melting point l m thick , not exceeding the mean free path of the electron beam in the target material, characterized in that the target is made in the form of a working a layer placed on a carbon substrate, the thickness of which is selected from the condition
l p <l m · ρ m / ρ p ,
where ρ m , ρ p the density of the material of the working layer of the target and the carbon substrate, respectively,
in this case, metal, or metal carbide, or a powder mixture of metal with carbon in equal volumes is used as the material of the working layer of the target.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93014288A RU2046558C1 (en) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | X-ray radiation source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93014288A RU2046558C1 (en) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | X-ray radiation source |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2046558C1 true RU2046558C1 (en) | 1995-10-20 |
RU93014288A RU93014288A (en) | 1997-03-10 |
Family
ID=20138883
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93014288A RU2046558C1 (en) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | X-ray radiation source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2046558C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2594172C1 (en) * | 2015-05-21 | 2016-08-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Твинн" | X-ray source |
-
1993
- 1993-03-24 RU RU93014288A patent/RU2046558C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Ванюшкин Б.М. и Гарных Д.В. Перспектива применения тормозного излучения ускорителей электронов в радиационной технологии. ВАНТ, Радиационная техника, 1990, N 3, с.40-44. * |
2. Бабыкин В.М. и др. Микросекундные плазменные прерыватели тока и их использование в частотных генераторах большой мощности. - 1Х Симпозиум по сильноточной электронике. Тезисы докладов, 1992, с.224,225. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2594172C1 (en) * | 2015-05-21 | 2016-08-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Твинн" | X-ray source |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100700207B1 (en) | Ionization chamber with electron source | |
US7664230B2 (en) | X-ray tubes | |
EP0432568A2 (en) | X ray tube anode and tube having same | |
Woryna et al. | Laser produced Ag ions for direct implantation | |
Van de Riet et al. | Incongruent transfer in laser deposition of FeSiGaRu thin films | |
JPS63304557A (en) | Radiation source emitting essentially monochrome x-ray | |
JPS60500884A (en) | radiation source | |
RU2046558C1 (en) | X-ray radiation source | |
SU1022236A1 (en) | Soft x-radiation source | |
JP3432545B2 (en) | Processing equipment using high-speed atomic beams | |
Láska et al. | Laser induced direct implantation of ions | |
Amato et al. | Plastic materials as a radiation shield for β− sources: a comparative study through Monte Carlo calculation | |
Uhm et al. | High‐dose neutron generation from plasma ion implantation | |
Kotov et al. | The metal-ceramic cathode for electron accelerators | |
CN111048379B (en) | Rotary type high-current diode anode target | |
Brumbach et al. | X-ray impact induced desorption of gases from surfaces | |
RU93014288A (en) | SOURCE OF X-RAY RADIATION | |
RU2267181C2 (en) | Vacuum neutron tube | |
RU2045132C1 (en) | Pulse x-ray generator | |
Dan’ko et al. | An X-ray converter of a megavolt electron beam for powerful pulsed generators | |
CA1089909A (en) | Internally shielded x-ray tube | |
SU1678160A1 (en) | Device for protecting object against charged articles | |
Nagel et al. | Characteristics Of Flash X-Ray Sources | |
JPS59163741A (en) | X-ray generating equipment | |
AU575314B2 (en) | Powder dispersion radiation source |