RU2190282C2

RU2190282C2 - X-ray emitter

Info

Publication number: RU2190282C2
Application number: RU2000111987/09A
Authority: RU
Inventors: А.И. Маслов; В.Г. Запускалов; ненко Э.А. Лукь; Э.А. Лукьяненко; Е.А. Гусев; Б.В. Артемьев; В.А. Ролик; Ю.В. Шейкин
Original assignee: Закрытое акционерное общество Московское научно-производственное объединение "СПЕКТР"
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2002-09-27

Abstract

FIELD: instrumentation engineering; flaw inspection of materials. SUBSTANCE: gamma-ray output aperture is tapered, its aperture angle α is between 10 and 30 deg.; microwave oscillator rays are perpendicular to central axis of resonator. Such design makes X-ray emitter suited to inspect hard-to-get-at surfaces of parts having complex configuration. EFFECT: enhanced reliability of local flaw inspection. 3 dwg

Description

Изобретение относится к рентгеновской технике, в частности к рентгеновским излучателям, предназначенным для дефектоскопии, и может быть использовано преимущественно при обнаружении локальных дефектов объектов сложной формы. The invention relates to x-ray technology, in particular to x-ray emitters intended for flaw detection, and can be used mainly when detecting local defects of objects of complex shape.

Известен рентгеновский излучатель, содержащий источник сверхвысокочастотного излучения (СВЧ-излучения), полый осесимметричный вакуумированный СВЧ-резонатор с прозрачным для СВЧ-излучения окном, катод и анод, расположенные на противоположных стенках по оси СВЧ-резонатора и электрически не связанные с ним [1]. Known x-ray emitter containing a source of microwave radiation (microwave radiation), a hollow axisymmetric evacuated microwave cavity with a window transparent for microwave radiation, a cathode and anode located on opposite walls along the axis of the microwave cavity and not electrically connected [1] .

Недостатком известного устройства является панорамное излучение пучка ускоренных электронов на аноде, не позволяющее контролировать локальные дефекты в объектах сложной формы, а также малый срок службы излучателя, так как из-за отсутствия фокусирующей системы частицы дефокусируются прикатодным электрическим полем и магнитной составляющей СВЧ-поля резонатора, что ведет к разлету электронов в полости резонатора относительно анода, вызывающих появление микропор в стенках резонатора, а в итоге к пробою резонатора. A disadvantage of the known device is the panoramic radiation of an accelerated electron beam at the anode, which does not allow controlling local defects in complex objects, as well as the short life of the emitter, because due to the absence of a focusing system, the particles are defocused by the cathode electric field and the magnetic component of the microwave field of the resonator, which leads to the expansion of electrons in the cavity of the cavity relative to the anode, causing the appearance of micropores in the walls of the cavity, and ultimately to the breakdown of the cavity.

Наиболее близким техническим решением является рентгеновский излучатель, включающий импульсный СВЧ-генератор, полый вакуумированный СВЧ-резонатор с прозрачным для СВЧ-излучения окном связи, электромагнит для фокусировки ускоряемых электронов и коллиматор, формирующий поле излучения, расположенный рядом с анодной системой СВЧ-резонатора [2]. The closest technical solution is an X-ray emitter, including a pulsed microwave generator, a hollow evacuated microwave cavity with a communication window transparent for microwave radiation, an electromagnet for focusing accelerated electrons, and a collimator forming a radiation field located next to the anode system of the microwave cavity [2 ].

Недостатком этого технического решения является размытость (панорамность) γ-излучения, снижающая локальность дефектоскопии контролируемых объектов, а также сложность, причем все равно не обеспечивающая эффективность дефектоскопии. При посылке пучка напряжения от СВЧ-генератора в СВЧ-резонатор частицы из-за большой энергии испытывают сильное кулоновское расталкивание, что ведет к увеличению поперечных размеров пучка, разрушающих конструкцию резонатора. Для устранения дефокусировки пучка необходимо использовать дополнительную электронную пушку, генерирующую импульсное напряжение. The disadvantage of this technical solution is the fuzziness (panorama) of γ-radiation, which reduces the locality of the flaw detection of controlled objects, as well as the complexity, and still does not ensure the effectiveness of the flaw detection. When a voltage beam is sent from the microwave generator to the microwave cavity, the particles experience a strong Coulomb repulsion due to the high energy, which leads to an increase in the transverse dimensions of the beam, which destroy the design of the resonator. To eliminate beam defocusing, it is necessary to use an additional electron gun generating pulse voltage.

Сущность изобретения заключается в том, что в рентгеновском излучателе, содержащем импульсный СВЧ-генератор, полый вакуумированный СВЧ-резонатор с прозрачным для СВЧ-излучения окном связи, катод и анод, симметрично расположенные в противоположных стенках СВЧ-резонатора, образующие его центральную ось, и двухполюсный коллиматор, представляющий собой осесимметричный электромагнит с двумя отверстиями для входа СВЧ-излучения и выхода с анода γ-излучения, отверстие для выхода γ-излучения выполнено конусообразной формы в одном из полюсов коллиматора вдоль его продольной оси, проходящей симметрично через полюса коллиматора, угол α раскрытия конусообразного отверстия выполнен наружу от центра излучателя (точка пересечения продольной оси коллиматора или центральной оси резонатора и линии СВЧ-излучения генератора) в пределах 10^°<α<30^°, а СВЧ-резонатор размещен между полюсами коллиматора так, что центральная ось СВЧ-резонатора совмещена с продольной осью коллиматора, при этом направление излучения СВЧ-генератора лежит на одной линии с центрами входного отверстия коллиматора и окна связи резонатора, пересекающейся перпендикулярно с центральной осью СВЧ-резонатора.The essence of the invention lies in the fact that in the x-ray emitter containing a pulsed microwave generator, a hollow evacuated microwave resonator with a communication window transparent for microwave radiation, a cathode and anode symmetrically located in opposite walls of the microwave resonator, forming its central axis, and a bipolar collimator, which is an axisymmetric electromagnet with two holes for the input of microwave radiation and the output from the anode of γ radiation, the hole for the output of γ radiation is made conical in one of the poles to llimatora along its longitudinal axis passing symmetrically through collimator pole angle α disclosure tapered hole formed outwardly from the emitter center (the intersection point of the longitudinal axis of the collimator or the central axis of the resonator and the line generator of microwave radiation) in the range 10 ^° <α <30 ^°, and The microwave resonator is placed between the poles of the collimator so that the central axis of the microwave resonator is aligned with the longitudinal axis of the collimator, while the radiation direction of the microwave generator lies in line with the centers of the inlet of the collimator and windows due resonator perpendicularly intersecting with the central axis of the microwave resonator.

Положительным результатом следует считать: достигнуты высокая локальность контроля при оптимальных габаритах конструкции рентгеновского аппарата и эксплуатационная надежность дефектоскопии труднодоступных мест объектов контроля. A positive result should be considered: a high locality of control has been achieved with optimal dimensions of the design of the X-ray apparatus and the operational reliability of flaw detection of hard-to-reach places of objects of control.

На фиг. 1 показан общий вид конструкции рентгеновского излучателя; на фиг.2 - СВЧ-резонатор по сечению А-А фиг.1; фиг.3 - принцип работы излучателя. In FIG. 1 shows a general view of the structure of an x-ray emitter; figure 2 - microwave resonator in section aa of figure 1; figure 3 - the principle of operation of the emitter.

Рентгеновский излучатель содержит импульсный СВЧ-генератор 1, полый вакуумированный СВЧ-резонатор 2 с прозрачным для СВЧ-излучения окном 3 связи, катод 4, анод 5 и двухполюсный коллиматор 6 с отверстием 7 для входа СВЧ-излучения от генератора 1 и конусообразным отверстием 8 для выхода с анода 5 γ-излучения. Катод 4 и анод 5 симметрично расположены в противоположных стенках СВЧ-резонатора 2, образуя его центральную ось, а окно 3 связи - в одной из других стенок и закрыто заглушкой 9 из материала, прозрачного для СВЧ-излучения. Катод 4 и анод 5 электрически изолированы от резонатора посредством оправок из керамики или стекла (не показано). Двухполюсный коллиматор 6 представляет собой осесимметричный электромагнит, катушки 10 и 11 индуктивности которого расположены в полюсах N и S, образующих продольную ось Х-Х коллиматора 6. The x-ray emitter contains a pulsed microwave generator 1, a hollow evacuated microwave resonator 2 with a communication window 3 transparent for microwave radiation, a cathode 4, anode 5 and a bipolar collimator 6 with an opening 7 for inputting microwave radiation from the generator 1 and a conical hole 8 for output from the anode 5 of γ radiation. The cathode 4 and the anode 5 are symmetrically located in opposite walls of the microwave resonator 2, forming its central axis, and the communication window 3 is in one of the other walls and is closed with a plug 9 made of a material that is transparent to microwave radiation. The cathode 4 and anode 5 are electrically isolated from the resonator by mandrels made of ceramic or glass (not shown). The bipolar collimator 6 is an axisymmetric electromagnet, the inductors 10 and 11 of which are located at the poles N and S, forming the longitudinal axis X-X of the collimator 6.

Полый вакуумированный СВЧ-резонатор 2 размещен между полюсами N и S коллиматора 6 так, что центральная ось СВЧ-резонатора 2 совмещена с продольной осью Х-Х коллиматора 6, а анод 5 обращен в сторону конусообразного отверстия 8 коллиматора 6. Угол α раскрытия конусообразного отверстия 8 выполнен наружу от центра излучателя в пределах 10^°<α<30^°, обеспечивающих оптимальную мощность γ-излучения и минимальный фокус γ-излучения (локальность зоны контроля). СВЧ-генератор 1 связан с отверстием 7 коллиматора 6 через волновод (не показано), при этом направление СВЧ-излучения импульсного генератора 1 лежит на одной линии с центрами отверстия 7 входа коллиматора 6 и окна 3 связи резонатора 2, пересекающейся перпендикулярно с центральной осью резонатора 2. Размеры анода 5 и малого основания конусного отверстия 8 должны быть соизмеримы.A hollow evacuated microwave resonator 2 is placed between the poles N and S of the collimator 6 so that the central axis of the microwave resonator 2 is aligned with the longitudinal axis XX of the collimator 6, and the anode 5 faces the conical hole 8 of the collimator 6. The opening angle α of the conical hole 8 is made outward from the center of the emitter within 10 ^° <α <30 ^° , which ensure optimal γ-radiation power and a minimum γ-radiation focus (locality of the control zone). The microwave generator 1 is connected to the hole 7 of the collimator 6 through a waveguide (not shown), while the direction of the microwave radiation of the pulse generator 1 lies in line with the centers of the hole 7 of the input of the collimator 6 and the communication window 3 of the resonator 2, intersecting perpendicular to the central axis of the resonator 2. The dimensions of the anode 5 and the small base of the conical hole 8 should be comparable.

СВЧ-генератор 1 и коллиматор 6 предназначены для фокусировки электронов 13, испускающих катодом 4, в СВЧ-резонаторе 2 и коллимации γ-излучения в конусе коллиматора 6. The microwave generator 1 and the collimator 6 are designed to focus the electrons 13 emitting by the cathode 4 in the microwave cavity 2 and the collimation of γ radiation in the cone of the collimator 6.

Заглушка 9 выполнена из материала, например кварцевого стекла, а катод 4 и анод 5 изготовлены, например из вольфрама. The cap 9 is made of a material, for example quartz glass, and the cathode 4 and anode 5 are made, for example, of tungsten.

Предложенные технические решения позволяют предотвратить преждевременное разрушение стенок резонатора путем уменьшения интенсивности бомбардировки периферии резонатора, тем самым повысить его эксплуатационную надежность, а также увеличить локальность дефектоскопии трудно достижимых мест объектов контроля. The proposed technical solutions can prevent premature destruction of the cavity walls by reducing the intensity of the bombardment of the periphery of the resonator, thereby increasing its operational reliability, as well as increasing the locality of flaw detection of hard-to-reach places of objects under control.

Рентгеновский излучатель работает следующим образом. X-ray emitter operates as follows.

Модулированное импульсное напряжение с СВЧ-генератора 1 частотой следования пачек 50-400 Гц (частота заполнения пачек 3000 МГц) и их длительностью 3 мкс поступает через СВЧ-прозрачную заглушку 9 окна 3 связи во внутреннюю вакуумированную полость резонатора 2. The modulated pulse voltage from the microwave generator 1 with a repetition rate of packets of 50-400 Hz (filling frequency of the packets of 3000 MHz) and their duration of 3 μs enters through the microwave transparent plug 9 of the communication window 3 into the internal vacuum cavity of the resonator 2.

В импульсном электрическом поле 12 (фиг.3) напряженностью до 10⁶ В/см в полости вакуумированного резонатора 2 происходит эмиссия электронов 13, имитирующих катодом 4, и их ускорение, обеспечивающееся двухполюсным коллиматором 6. При соударении ускоренных электронов 13 с анодом 5 возникает тормозное рентгеновское излучение (γ-излучение). При этом магнитное поле 14, формируемое двухполюсным коллиматором 6, не позволяет электронам 13 существенно разлетаться внутри полости резонатора 2 от центральной его оси за счет действия СВЧ-поля в резонаторе 2 в перпендикулярном направлении к центральной оси резонатора 2 или все равно к продольной оси Х-Х коллиматора 6 и фокусирует пучек электронов 13 в размер анода 5.In a pulsed electric field 12 (Fig. 3) with a voltage of up to 10 ⁶ V / cm in the cavity of the evacuated resonator 2, the emission of electrons 13 simulating cathode 4 occurs and their acceleration is provided by a bipolar collimator 6. When accelerated electrons 13 collide with anode 5, an inhibitory X-ray radiation (γ radiation). In this case, the magnetic field 14 generated by the bipolar collimator 6 does not allow the electrons 13 to expand significantly inside the cavity of the resonator 2 from its central axis due to the action of the microwave field in the resonator 2 in the perpendicular direction to the central axis of the resonator 2 or anyway to the longitudinal axis X- X of the collimator 6 and focuses the electron beam 13 to the size of the anode 5.

Рентгеновское излучение с анода 5, сфокусированное конусным отверстием 8 коллиматора 6, проходит через тело контролируемого объекта, где частично поглощается в его материале, а большая часть попадает на рентгеновский элемент, например рентгеновскую пленку, которую располагают с противоположной стороны объекта контроля (не показано). По рентгеновской теневой проекции судят о наличии дефекта в толще материала объекта контроля. X-ray radiation from the anode 5, focused by the conical hole 8 of the collimator 6, passes through the body of the controlled object, where it is partially absorbed in its material, and most of it falls on the x-ray element, for example, an x-ray film, which is placed on the opposite side of the control object (not shown). X-ray shadow projection is judged on the presence of a defect in the thickness of the material of the control object.

Положительным результатом технического решения является повышение локальности дефектоскопии труднодоступных поверхностей объектов сложной геометрии. A positive result of the technical solution is to increase the locality of flaw detection of hard-to-reach surfaces of objects of complex geometry.

Источники информации
1 А.с. СССР N 136670, кл. H 01 35/02, 1983.Sources of information
1 A.S. USSR N 136670, class H 01 35/02, 1983.

2. Е. А.Абрамян. Промышленные ускорители электронов. - М.: Энергоиздат, 1986. 2. E. A. Abrahamyan. Industrial electron accelerators. - M .: Energoizdat, 1986.

Claims

An X-ray emitter comprising a pulsed microwave generator for emitting an electromagnetic field flux, a hollow evacuated microwave resonator with a communication window transparent to the electromagnetic field of the microwave oscillator, a cathode and anode symmetrically located in opposite walls of the microwave resonator adjacent to the wall of the window communication, and forming the central axis of the resonator, and a bipolar hollow collimator, which is an axisymmetric electromagnet, with two holes - one for the input of the electromagnetic flow the second field of the microwave generator, another for the output of the γ-ray flux, characterized in that the microwave resonator is placed inside the collimator by the anode and cathode between the poles of the collimator, forming the longitudinal axis X-X of the x-ray emitter, combined with the central axis of the microwave resonator, the axis of the collimator hole for the input of the flow of the electromagnetic field of the microwave generator and the communication window of the microwave resonator are aligned and oriented perpendicular to the longitudinal axis X-X of the x-ray emitter, and the hole of the collimator for the output of γ radiation is defined by its axis along the longitudinal axis X-X of the x-ray emitter and is conical in shape at the collimator pole facing the anode, while the opening angle of the cone-shaped hole is made outward from the point (center of the x-ray emitter) of the intersection of the axis of the electromagnetic field of the microwave generator and the longitudinal axis X -X emitter within 10 ^° <α <30 ^° , where α is the opening angle of the cone of the hole.