RU2678326C1 - Ultra-compact x-ray emitter - Google Patents
Ultra-compact x-ray emitter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2678326C1 RU2678326C1 RU2018110217A RU2018110217A RU2678326C1 RU 2678326 C1 RU2678326 C1 RU 2678326C1 RU 2018110217 A RU2018110217 A RU 2018110217A RU 2018110217 A RU2018110217 A RU 2018110217A RU 2678326 C1 RU2678326 C1 RU 2678326C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tube
- window
- anode
- diameter
- cathode
- Prior art date
Links
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 abstract 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 13
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 10
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 3
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 3
- 238000005511 kinetic theory Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 description 3
- 238000012549 training Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 206010020843 Hyperthermia Diseases 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000036031 hyperthermia Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- GHYOCDFICYLMRF-UTIIJYGPSA-N (2S,3R)-N-[(2S)-3-(cyclopenten-1-yl)-1-[(2R)-2-methyloxiran-2-yl]-1-oxopropan-2-yl]-3-hydroxy-3-(4-methoxyphenyl)-2-[[(2S)-2-[(2-morpholin-4-ylacetyl)amino]propanoyl]amino]propanamide Chemical compound C1(=CCCC1)C[C@@H](C(=O)[C@@]1(OC1)C)NC([C@H]([C@@H](C1=CC=C(C=C1)OC)O)NC([C@H](C)NC(CN1CCOCC1)=O)=O)=O GHYOCDFICYLMRF-UTIIJYGPSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical group [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DFPAKSUCGFBDDF-UHFFFAOYSA-N Nicotinamide Chemical compound NC(=O)C1=CC=CN=C1 DFPAKSUCGFBDDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100190856 Rauvolfia serpentina PNAE gene Proteins 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940125797 compound 12 Drugs 0.000 description 1
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004980 dosimetry Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000005247 gettering Methods 0.000 description 1
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009217 hyperthermia therapy Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000002601 radiography Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
Landscapes
- X-Ray Techniques (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к рентгеновской технике, в частности, к миниатюрным рентгеновским излучателям, и может быть использовано для создания компактных устройств местного воздействия - в медицине, технике, быту. Главная цель предлагаемого решения уменьшить габариты рентгеновского излучателя так, чтобы он подходил для внутриполостных обработок в медицине и внутриобъектовых - в технике.The invention relates to x-ray technology, in particular, to miniature x-ray emitters, and can be used to create compact devices for local exposure - in medicine, technology, everyday life. The main goal of the proposed solution is to reduce the dimensions of the x-ray emitter so that it is suitable for intracavitary treatments in medicine and intraobjective - in technology.
Рентгеновский излучатель, по определению МЭК (Международная электротехническая комиссия - International Electrotechnical Commission, IEC) -совокупность рентгеновской трубки и защитного кожуха [ГОСТ 25272 82]. «Рентгеновская трубка» - общепринятый устоявшийся термин, которым обычно определяют любой вариант искусственных источников рентгеновского излучения. Развитие техники и расширение применений приводят к новым решениям, учитывающим главную современную тенденцию - миниатюризацию аппаратуры и микроминиатюризацию ее составных частей и элементов.An X-ray emitter, as defined by the IEC (International Electrotechnical Commission - IEC), is a combination of an x-ray tube and a protective casing [GOST 25272 82]. "X-ray tube" is a commonly accepted term that usually defines any version of artificial sources of x-ray radiation. The development of technology and the expansion of applications lead to new solutions that take into account the main modern trend - miniaturization of equipment and microminiaturization of its components and elements.
Малые и сверхмалые размеры микроминиатюрных излучателей значительно обостряют их главные фундаментальные проблемы - межэлектродные пробойные явления и необходимость эффективного отвода тепла. В этой связи, представляется наиболее подходящим вариант исполнения в виде удлиненной узкой трубки с боковым окном, совмещенным с прострельной мишенью-анодом. В этом варианте можно иметь максимально возможное расстояние между внешними электродами высокого напряжения и отводить тепло продувом газом вдоль трубки непосредственно от окна - мишени - анода. При этом для улучшения теплоотвода желательно иметь максимально большой размер мишени-анода.Small and very small sizes of microminiature emitters significantly exacerbate their main fundamental problems - interelectrode breakdown phenomena and the need for efficient heat removal. In this regard, it seems the most suitable embodiment in the form of an elongated narrow tube with a side window combined with a lane target anode. In this embodiment, it is possible to have the maximum possible distance between the external high voltage electrodes and to remove heat by blowing gas along the tube directly from the window - target - anode. Moreover, to improve the heat sink, it is desirable to have the largest possible size of the target anode.
Другой важной проблемой является эффективное поддержание вакуума в трубке, когда требуется в сверхмалом объеме иметь большую площадь сорбции газа. Эта задача решается использованием микроканального элемента (МКЭ), имеющего в одном кубическом сантиметре своего объема до 1000 см2 поверхности микроканалов.Another important problem is the effective maintenance of vacuum in the tube when it is required to have a large gas sorption area in an ultra-small volume. This problem is solved by using a microchannel element (FEM), which has up to 1000 cm 2 of microchannel surface in one cubic centimeter of its volume.
Особенностью микроминиатюрной рентгеновской трубки является и то, что анод и катод должны быть расположены максимально близко, не допуская использование объемных элементов управления электронным потоком (пушка, сетка и др.). В этом случае оптимальным является применение автоэмиссионного катода точечного типа (острийный катод).A feature of the microminiature X-ray tube is that the anode and cathode should be located as close as possible, avoiding the use of volumetric elements of electronic flow control (gun, grid, etc.). In this case, the use of a point-type field emission cathode (tip cathode) is optimal.
Аналоги и прототип.Analogs and prototype.
Известны варианты конструкций миниатюрных рентгеновских излучателей, в той или иной мере отвечающих вышеуказанным требованиям, например: рентгеновская трубка с автокатодом (патент RU 2248643); рентгеновская трубка с взрывоэмиссионным катодом (патент RU 2308781); острофокусная двухэлектродная импульсная рентгеновская трубка (патент RU 2479883); импульсная рентгеновская трубка с острофокусным анодом (патенты RU 2521433, 2521436, 2524351); рентгеновская трубка с кольцевым катодом и острофокусным анодом (патенты RU 2479883); рентгеновская трубка с анодом в виде стержня и кольцевым катодным узлом (патент RU 2328790); рентгеновская трубка с микроканальной пластиной в качестве источника электронов (патент RU 2507627); миниатюрный рентгеновский излучатель (патент RU 2563879); микроминиатюрный рентгеновский излучатель (патент RU 2640404).Known design options for miniature x-ray emitters, to one degree or another, meet the above requirements, for example: an x-ray tube with an autocathode (patent RU 2248643); X-ray tube with an explosive emission cathode (patent RU 2308781); sharp focus two-electrode pulsed x-ray tube (patent RU 2479883); pulsed x-ray tube with a sharp focus anode (patents RU 2521433, 2521436, 2524351); X-ray tube with a ring cathode and a sharp focus anode (patents RU 2479883); an x-ray tube with an anode in the form of a rod and an annular cathode assembly (patent RU 2328790); an x-ray tube with a microchannel plate as an electron source (patent RU 2507627); miniature x-ray emitter (patent RU 2563879); microminiature x-ray emitter (patent RU 2640404).
Известна миниатюрная (диаметр 12 мм, длина 24 мм) импульсная рентгеновская трубка [1] (аналог), содержащая металлический корпус с прострельной мишенью (анодом) и окном для вывода рентгеновского излучения, термоэмиссионный катод и внутренний изолирующий элемент, отличающаяся тем, что мишень (анод) отделена от окна и крепится во внутренней полости трубки с помощью двух цилиндрических колец, соединенных с корпусом оригинальным образом. Недостатками варианта являются большие потери энергии электронного потока (на тепло) и рентгеновского излучения из-за того, что анод отделен от окна и крепится во внутренней вакуумной полости трубки; потери и тепловые помехи за счет применения термоэмиссионного катода; низкий срок службы из-за плохого теплоотвода с анода и неэффективной работы газопоглотителя. Окно рентгеновской трубки выполнено из материала, обладающего свойствами газопоглотителя (титана). Однако в результате того, что окно отделено от мишени материалом с низкой теплопроводностью, температура окна недостаточна для обеспечения эффективного газопоглощения в процессе работы прибора.Known miniature (
Известен миниатюрный рентгеновский излучатель [2] (аналог), содержащий вакуум-герметичный корпус с окном для вывода рентгеновского излучения; прострельную мишень-анод; автокатод; мишень, анод и крышка-окно выполнены в единой конструкции, в которой мишень и анод совмещены и выполнены в виде пленки переменной структуры; газопоглотитель и катод выполнены в единой конструкции на крышке - газопоглотитель выполнен как электропроводящее микропленочное покрытие под катодом; катод выполнен в виде порошкового покрытия автоэмиссионного материала газопоглотителя. Преимущества варианта заключается в использовании порошкового автоэмиттера, совмещенного с газопоглотителем в виде проводящей пленки; совмещения мишени, анода и окна; использования микроканальной пластины (МКП) в качестве управляющего электрода и газопоглотителя. Недостатками являются: отсутствие теплоотвода от анода; совмещение газопоглотителя и автокатода в единой структуре технологически трудно выполнимо; использование МКП в качестве управляющего электрода ограничивает диапазон величин тока.Known miniature x-ray emitter [2] (analogue), containing a vacuum-sealed housing with a window for outputting x-ray radiation; shooting target anode; autocathode; the target, the anode and the cover-window are made in a single structure, in which the target and the anode are combined and made in the form of a film of variable structure; the getter and cathode are made in a single design on the cover - the getter is made as an electrically conductive microfilm coating under the cathode; the cathode is made in the form of a powder coating of the field emission material of the getter. The advantages of this option are the use of a powder emitter combined with a getter in the form of a conductive film; combination of target, anode and window; the use of a microchannel plate (MCP) as a control electrode and getter. The disadvantages are: lack of heat removal from the anode; the combination of the getter and the cathode in a single structure is technologically difficult to do; the use of the MCP as a control electrode limits the range of current values.
Известен микроминиатюрный рентгеновский излучатель [3] (прототип), выполненный как стеклянный цилиндрический баллон, в окно стенки которого вклеен микроканальный элемент (МКЭ), к которому с внешней стороны герметично приклеена фольга легкого материала (окно); МКЭ играет роль держателя окна и газопоглотителя; внутри баллона мишень-анод выполнена в виде подвешенной возле торца МКЭ мини-пластинки из тугоплавкого материала; катод выполнен как автоэмиссионный чип с пленочной микроструктурой; управляющий электронным потоком электрод выполнен в виде мелкоструктурной сетки, расположенной в непосредственной близости от катода. Главный недостаток варианта заключается в отсутствии теплоотвода от анода, что снижает эффективность отвода тепла, электрическую мощность анода и мощность рентгеновского излучения.Known microminiature x-ray emitter [3] (prototype), made as a glass cylindrical cylinder, in the window of the wall of which a microchannel element (FEM) is glued, to which a foil of light material is hermetically glued (window); FEM acts as a window holder and getter; inside the balloon, the target anode is made in the form of a mini-plate of refractory material suspended near the end of the FEM; the cathode is made as a field emission chip with a film microstructure; The electron flow control electrode is made in the form of a fine-structure grid located in the immediate vicinity of the cathode. The main disadvantage of the option is the lack of heat removal from the anode, which reduces the efficiency of heat removal, the electrical power of the anode and the power of x-ray radiation.
Описание конструкции и работы излучателя.Description of the design and operation of the emitter.
Рентгеновские излучатели состоят из вакуумного баллона, имеющего окно для вывода излучения, термоэмиссионного или автоэлектронного катода, электродной структуры управления потоком электронов из катода (пушка); анода для торможения электронов и создания рентгеновского излучения; элемента поддержания вакуума в баллоне (газопоглотитель); радиатора для отвода тепла; защитного кожуха.X-ray emitters consist of a vacuum cylinder having a window for outputting radiation, a thermionic or field-emission cathode, an electrode structure for controlling the flow of electrons from the cathode (gun); anode for braking electrons and creating x-rays; element of maintaining a vacuum in the cylinder (getter); heat sink; protective cover.
Микроминиатюрные варианты требуют технических решений практически для всех перечисленных элементов. Для них особенно острой является основная проблема любых рентгеновских трубок - повышение мощности излучения и эффективный отвод тепла от анода.Microminiature options require technical solutions for almost all of the listed items. Especially acute for them is the main problem of any x-ray tubes - increasing the radiation power and efficient heat removal from the anode.
Спецификой конструкции микроминиатюрного рентгеновского излучателя является отсутствие в них пушки и радиатора как структурного элемента. В случае, когда катод является точечным и расположен максимально близко к аноду, роль пушки практически сводится к нулю. Роль радиатора исполняет анод-фольга, стенка корпуса трубки и охлаждающий проточный газ (охладитель).A specific design of a microminiature X-ray emitter is the absence of a gun and a radiator as a structural element in them. In the case when the cathode is point-like and located as close to the anode as possible, the role of the gun is practically reduced to zero. The role of the radiator is played by the anode foil, the wall of the tube body and the cooling flowing gas (cooler).
Задачей изобретения является достижение экстремально малых размеров излучателя при максимально возможных параметрах рентгеновского излучения. Задача решается за счет использования автоэмиссионного острийного катода, МКЭ-газопоглотителя, имеющего максимально большую площадь сорбционной поверхности в минимальном объеме, минимально возможного расстояния между катодом и прострельным анодом, совмещения анода, являющегося прострельной мишенью, и окна. Задача эффективного теплоотвода от анода-мишения решается путем использования продува газа через узкий зазор.The objective of the invention is to achieve extremely small dimensions of the emitter with the highest possible parameters of x-ray radiation. The problem is solved by using a field emission tip cathode, an FEM getter having the largest possible sorption surface area in a minimum volume, the minimum possible distance between the cathode and the shooting anode, combining the anode, which is a shooting target, and a window. The task of efficient heat removal from the anode-target is solved by using gas blowing through a narrow gap.
Рисунок, в разрезе - фиг. 1: а - вид спереди; в - вид сверху, с - вид разреза в плоскости А-А.Figure, in a section - FIG. 1: a - front view; c is a top view, c is a section view in the plane AA.
1 - окно кожуха;1 - casing window;
2 - окно-анод с подпоркой (поддерживающей пластинкой);2 - anode window with a backup (supporting plate);
3 - втулка;3 - sleeve;
4 - катод;4 - cathode;
5 - держатель катода;5 - cathode holder;
6 - МКЭ-газопоглотитель;6 - FEM getter;
7 - корпус-трубка;7 - tube body;
8 - перегородки;8 - partitions;
9 - корпус кожуха;9 - casing body;
10 - вывод анода;10 - output of the anode;
11 - вывод катода;11 - output cathode;
12 - компаунд;12 - compound;
13 - трубка-патрубок поддува газа-охладителя;13 - tube-pipe blowing gas cooler;
14 - трубка-патрубок выхода газа;14 - tube-outlet gas outlet;
15 - структура присоединения держателя катода и МКЭ;15 - structure of the attachment of the cathode holder and the FEM;
16, 17, 18, 19 - структуры присоединения перегородок.16, 17, 18, 19 - structures of joining partitions.
Прибор работает следующим образом.The device operates as follows.
При подаче высокого напряжения между анодом 2 и катодом 4 по выводам 10 и 11 происходит эмиссия электронов из катода, их пролет к аноду и торможение на материале анода, что приводит к рентгеновскому излучению, которое выводится через анод, являющийся одновременно окном, и окно кожуха 1. Анод-окно 2 вакуумноплотно присоединен к втулке 3, которая, в свою очередь, вакуумноплотно присоединена к корпусу-трубке 7. Катод присоединен к держателю 5, который присоединен к стенке корпуса - трубки 7 структурой присоединения 15. Вакуум в трубке поддерживается МКЭ - газопоглотителем 6, присоединенным к стенке корпуса - трубки 7 структурой присоединения 15. Пространство между концентрически расположенными корпусом-трубкой 7 и корпусом кожуха 9 разделено вдоль образующих цилиндров двумя перегородками 8, присоединенными структурами присоединения 16, 17, 18, 19. Поддув охлаждающего газа происходит через патрубок 13, а его отток - через патрубок 14. Зона нахождения патрубков и часть пустого пространства между корпусами залита компаундом 12.When a high voltage is applied between the
Обоснование выбора элементов конструкции.Justification for the selection of structural elements.
Трубка. Катод.A tube. Cathode.
Исходя из цели достижения наименьших размеров излучателя (микроминиатюрного исполнения), задается его структура: трубка длиной L и диаметром d, с окном диаметра dо; к окну присоединена мишень-анод толщиной h; против анода-окна на расстоянии а внутри трубки расположено острие катода. Трубка со всеми элементами помещена в другую трубку (кожух) диаметра D.Based on the goal of achieving the smallest dimensions of the emitter (microminiature design), its structure is set: a tube of length L and diameter d, with a window of diameter d о ; a target anode of thickness h is attached to the window; against the anode-window at a distance and inside the tube is the tip of the cathode. The tube with all the elements is placed in another tube (casing) of diameter D.
Первым определяющим в этой структуре параметром является расстояние между анодом и катодом. Оно задается с учетом его эмиссионной способности, зависящей от материала и формы [4]. Величины поля для автоэмиссии в случаях эмиттера - металла должны быть порядка 107 В/мм. При использовании в качестве материала эмиттера наночастиц узкозонных полупроводников А3В5, из которых наиболее эффективным является антимонид индия InSb, необходимые для эмиссии величины поля могут быть снижены на порядок [5]. Примем за исходное значения поля эмиссии 106 В/мм. Для повышения эффекта автоэмиссии используют влияние форм-фактора k усиления поля на катоде, примерно равного отношению площади анода к площади острия катода. В качестве катода выберем проволоку диаметром dк. Тогда: k=(dо/dк)2. В нашем случае мы можем подобрать проволоку нужного диаметра под выбранную величину dо. Реально, можно принять k~(100-1000). Тогда реальное поле на катоде может быть - (103-104) В/мм. Из расчета требуемых величин анодного напряжения, более 10 кВ, получится расстояние между анодом и катодом ~1 мм или - ~do. Решение уравнения Пуассона для распределения поля на площадке анода от точечного электрода-катода приводит к результату: диаметр области распределения на аноде примерно равен двум расстояниям от катода. По обеим этим причинам примем расстояние между анодом и катодом - ~0.5do. Из технологических соображений целесообразно принять: d~(1-2)do.The first determining parameter in this structure is the distance between the anode and cathode. It is set taking into account its emission ability, depending on the material and form [4]. The field values for field emission in cases of an emitter-metal should be of the order of 10 7 V / mm. When narrow-band A 3 B 5 semiconductors are used as the emitter material, of which the most effective is indium antimonide InSb, the required field values for emission can be reduced by an order of magnitude [5]. We take 10 6 V / mm as the initial value of the emission field. To increase the effect of field emission, the influence of the form factor k of field amplification at the cathode is used, which is approximately equal to the ratio of the anode area to the area of the cathode tip. As the cathode, we choose a wire with a diameter of d to . Then: k = (d о / d к ) 2 . In our case, we can choose the wire of the desired diameter for the selected value of d about . Actually, you can take k ~ (100-1000). Then the real field at the cathode can be - (10 3 -10 4 ) V / mm. From the calculation of the required values of the anode voltage, more than 10 kV, the distance between the anode and cathode is ~ 1 mm or - ~ d o . The solution of the Poisson equation for the distribution of the field on the anode site from the point electrode-cathode leads to the result: the diameter of the distribution region on the anode is approximately equal to two distances from the cathode. For both of these reasons, we assume the distance between the anode and cathode is ~ 0.5d o . For technological reasons, it is advisable to take: d ~ (1-2) d o .
Итак, задав размер окна-анода как do, получаем основные геометрические размеры: диаметр трубки - d~(1-2)do, расстояние между анодом и катодом - 0.5do. Катод выполняется в виде конца провода диаметром dк~(do/30-do/50), выступающего из диэлектрического держателя не более чем на dк, и расположенного непосредственно против центра анода на расстоянии от него 0.5d0, с нанесенными на него наночастицами антимонида индия InSb.So, setting the size of the anode window as d o , we obtain the basic geometric dimensions: the tube diameter is d ~ (1-2) d o , the distance between the anode and cathode is 0.5 d o . The cathode is made in the form of the end of a wire with a diameter of d to ~ (d o / 30-d o / 50), protruding from the dielectric holder by no more than d to , and located directly opposite the center of the anode at a distance of 0.5d 0 from it, with him nanoparticles of indium antimonide InSb.
Окно-анод. Подпорка анода.Window anode. Anode backup.
Обычно в рентгеновских трубках в качестве материала окна используют самый легкий металл - бериллий. Однако, из-за ограниченной теплопроводности бериллия, во избежание разрушения окна возникающими при нагреве анода механическими напряжениями, окно должно иметь сравнительно большую толщину, что приводит к снижению интенсивности рентгеновского излучения в длинноволновой области спектра. Теплофизические расчеты, проведенные в работе [6], показывают, что для повышения электрической мощности трубки с прострельным анодом в качестве материала выходного окна вместо бериллия целесообразно использовать алюминий или углерод (в форме стеклоуглерода или поликристаллического искусственного алмаза) ввиду их высокой теплопроводности.Usually in X-ray tubes, the lightest metal, beryllium, is used as the window material. However, due to the limited thermal conductivity of beryllium, in order to avoid window destruction due to mechanical stresses arising when the anode is heated, the window should have a relatively large thickness, which leads to a decrease in the intensity of x-ray radiation in the long-wavelength region of the spectrum. Thermophysical calculations performed in [6] show that, in order to increase the electric power of a tube with a perforated anode, it is advisable to use aluminum or carbon (in the form of glassy carbon or polycrystalline artificial diamond) instead of beryllium as the material of the output window due to their high thermal conductivity.
Из соображений технологической простоты выберем алюминий. В целях минимизации потерь излучения толщина алюминиевой фольги выбирается минимальной, но с учетом обеспечения длительного сохранения вакуума в приборе. Расчет по данным [Справочник химика 21. www, ngpedia.ru/pic/042DQoH2C7K1k5a5K0x80012113777.gif] для диффузии азота (основного компонента воздуха) через алюминиевую мембрану толщиной 40-50 мкм приводит к величине времени начала ухудшения вакуума (104-105) часов, что приемлемо для реальных условий применений. Уменьшение толщины мембраны в 2 раза приводит к уменьшению времени натекания в 4 раза.For reasons of technological simplicity, we choose aluminum. In order to minimize radiation losses, the thickness of the aluminum foil is chosen to be minimal, but taking into account the long-term preservation of vacuum in the device. Calculation according to [Chemist’s Handbook 21. www, ngpedia.ru/pic/042DQoH2C7K1k5a5K0x80012113777.gif] for diffusion of nitrogen (the main component of air) through an aluminum membrane 40-50 microns thick leads to a value of the time of the beginning of vacuum deterioration (10 4 -10 5 ) hours, which is acceptable for real-world applications. A decrease in membrane thickness by 2 times leads to a decrease in leakage time by 4 times.
Для определения оптимального размера окна была использована программа расчета напряжений в мембране с закрепленными по контуру краями [7]. Исходные данные для расчета:To determine the optimal window size, we used a program for calculating stresses in the membrane with edges fixed along the contour [7]. The initial data for the calculation:
Материал фольги - Al, толщина h=50 мкм;The foil material is Al, thickness h = 50 μm;
Предел текучести (прочности) σ=100 Н/мм2;Yield strength (strength) σ = 100 N / mm 2 ;
Модуль упругости Е=66000 Н/мм2;The modulus of elasticity E = 66000 N / mm 2 ;
Коэффициент Пуассона μ=0.34;Poisson's ratio μ = 0.34;
Распределенная равномерная нагрузка, соответствующая нормальному атмосферному давлению q=0.1 Н/мм2.Distributed uniform load corresponding to normal atmospheric pressure q = 0.1 N / mm 2 .
Результаты расчета показывают, что при размере отверстий 2 мм максимальные напряжения растяжения в алюминиевой фольге составляют 38 Н/мм2, т.е. имеется 2-3 кратный запас прочности (относительно предела текучести). При диаметре окна более 2 мм необходимо либо увеличивать толщину алюминия, либо создавать подпорку в виде сетки из более прочного материала.The calculation results show that when the hole size is 2 mm, the maximum tensile stresses in the aluminum foil are 38 N / mm 2 , i.e. there is a 2-3-fold safety factor (relative to yield strength). With a window diameter of more than 2 mm, it is necessary either to increase the thickness of aluminum, or to create a support in the form of a mesh of more durable material.
Разрушающее действие напряжения растяжения примерно пропорционально d0, из чего можно положить, что h [мкм]~25d0 [мм].The destructive effect of tensile stress is approximately proportional to d 0 , from which it can be assumed that h [μm] ~ 25d 0 [mm].
Подпорка анода.Anode backup.
При диаметре отверстия окна более 2 мм целесообразно алюминиевую фольгу присоединить к подпорке - поддерживающей пластинке - в виде сетки, сделанной в более толстой пластинке-фольге относительно прочного материала, стыкованного по коэффициенту термического расширения (КТР) с материалом корпуса.With a window opening diameter of more than 2 mm, it is advisable to attach the aluminum foil to the support - the supporting plate - in the form of a mesh made in a thicker foil plate of relatively strong material, joined by the coefficient of thermal expansion (KTR) with the body material.
Расчет толщины перемычек сетки поддерживающей пластинки (подпорки), проведен по методической программе [7] с учетом снижения прочности пластины из-за наличия отверстий. Минимальное значение коэффициента снижения прочности вычислялось согласно рекомендациям [8] для плоских днищ и крышек, имеющих несколько отверстий, по формуле:The calculation of the thickness of the jumpers of the grid of the supporting plate (backup) was carried out according to the methodological program [7], taking into account the decrease in the strength of the plate due to the presence of holes. The minimum value of the coefficient of reduction in strength was calculated according to the recommendations [8] for flat bottoms and covers with several holes, according to the formula:
Основные данные для расчета:Basic data for the calculation:
Материал пластинки (фольги) - ковар, толщина 0,4 мм;Plate (foil) material - carpet, thickness 0.4 mm;
Предел текучести (прочности) σ=500 Н/мм2;Yield strength (strength) σ = 500 N / mm 2 ;
Модуль упругости Е=140000 Н/мм2;Elastic modulus E = 140,000 N / mm 2 ;
Коэффициент Пуассона μ=0.3;Poisson's ratio μ = 0.3;
Распределенная равномерная нагрузка, соответствующая нормальному атмосферному давлению q=0.1 Н/мм2.Distributed uniform load corresponding to normal atmospheric pressure q = 0.1 N / mm 2 .
Результаты расчета показывают, что при диаметре окна 20 мм максимальные напряжения составляют ~50 Н/мм2, что при учете коэффициента ослабления 0,4 дает почти трехкратный запас прочности.The calculation results show that with a window diameter of 20 mm, the maximum stresses are ~ 50 N / mm 2 , which, when taking into account the attenuation coefficient of 0.4, gives an almost three-fold safety factor.
Таким образом, соотношение диаметра окна в области отверстия в корпусе и толщины перемычек сетки поддерживающей пластинки (подпорки) должно быть не более 50:1.Thus, the ratio of the diameter of the window in the region of the hole in the housing and the thickness of the jumpers of the grid of the supporting plate (backup) should be no more than 50: 1.
Газопоглотитель. МКЭ.Getter. FEM.
Для поддержания вакуума в электронных лампах в течение срока службы используют геттер (газопоглотитель) [9].To maintain the vacuum in the electronic tubes, a getter (getter) is used during the service life [9].
В рентгеновских трубках, как правило, применяется нераспыляемый многоразовый «пассивный», или «холодный», геттер, который состоит из вещества на подложке, активно поглощающего при рабочей температуре (как правило, 250÷400°С) остаточные газы. Распыляемые геттеры в производстве рентгеновских трубок не применяются из-за опасения появления поверхностной проводимости внутри стеклянной оболочки трубки.In X-ray tubes, as a rule, a non-sprayable reusable “passive” or “cold” getter is used, which consists of a substance on a substrate that actively absorbs residual gases at a working temperature (usually 250–400 ° С). Spray getters in the production of X-ray tubes are not used because of fear of surface conductivity inside the glass shell of the tube.
В качестве активного вещества нераспыляемых геттеров применяют, как правило, порошки сплавов на основе титана, циркония и некоторых других химически активных металлов. Температура активации нераспыляемого геттера приблизительно в 2÷3 раза выше рабочей температуры и на 12÷15% ниже температуры регенерации.As an active substance of non-sprayable getters, alloy powders based on titanium, zirconium and some other chemically active metals are used, as a rule. The activation temperature of a non-sprayed getter is approximately 2–3 times higher than the operating temperature and 12–15% lower than the regeneration temperature.
Улучшение вакуума после откачки и отпайки достигается путем тренировки. Тренировка трубок начинается проверкой вакуума относительно невысоким анодным напряжением при выключенном накале катода. Затем включают накал катода и устанавливают анодный ток равным 3-5 мА, в зависимости от типа трубки, Напряжение, приложенное к трубке, постепенно (через 3-5 кВ) поднимают до нужного значения. При возникновении внутренних разрядов трубку выдерживают при анодном напряжении или немного меньшем, до их исчезновения. После этого напряжение снова повышают до нового появления разрядов, и процесс тренировки повторяют до тех пор, пока анодное напряжение, при котором трубка работает стабильно, не достигает максимального значения, требуемого по паспорту трубки. Эту длительную и достаточно трудоемкую процедуру необходимо также проводить каждый раз после длительного бездействия трубки, чтобы устранить натекшие в объем и выделившиеся из стекла газы.Improving the vacuum after pumping and desoldering is achieved through training. The tube training begins by checking the vacuum with a relatively low anode voltage with the cathode heated off. Then the cathode is turned on and the anode current is set to 3-5 mA, depending on the type of tube. The voltage applied to the tube is gradually (after 3-5 kV) raised to the desired value. When internal discharges occur, the tube is maintained at anode voltage or slightly less until they disappear. After that, the voltage is again increased until the discharges appear again, and the training process is repeated until the anode voltage, at which the tube works stably, reaches the maximum value required by the passport of the tube. This long and rather laborious procedure must also be carried out every time after a prolonged inactivity of the tube in order to eliminate gases that have leaked into the volume and escaped from the glass.
Общим недостатком применений нераспыляемого геттера, таким образом, является необходимость поддерживать рабочую температуру геттера, что приводит к усложнению конструкции трубки и ухудшению ее характеристик. Кроме того, при длительном перерыве в работе трубки геттеры этого типа не работают, вследствие чего возможно нарушение вакуумных условий при первом включении после длительного бездействия.A common drawback of the applications of a non-sprayable getter, therefore, is the need to maintain the working temperature of the getter, which complicates the design of the tube and degrades its performance. In addition, with a long interruption in the operation of the tube, getters of this type do not work, as a result of which a violation of the vacuum conditions is possible during the first start-up after prolonged inactivity.
Для решения этой проблемы предлагается ввести в конструкцию трубки специальный геттерный элемент с развитой поверхностью, на которую производится напыление пленки распыляемого геттера. Данный элемент конструкции может быть выполнен в виде микроканального элемента (МКЭ) с закрытыми с одной стороны каналами. Со стороны открытых отверстий каналов расположен источник геттерного материала в виде таблетки или кольца. При активации источника путем индукционного нагрева пары геттерного материала осаждаются на внутренней поверхности каналов микроканальной пластины, создавая, таким образом, геттерное зеркало значительной площади. Оптимальная рабочая температура распыляемых геттеров на основе бария лежит, как правило, в интервале (70-100)°С, но и при комнатной температуре они сохраняют определенную активность, благодаря чему геттерный элемент может быть расположен на удалении от стенки баллона и высоковольтных токоведущих частей конструкции, тем самым исключается опасность пробоев и утечек по проводящей пленке.To solve this problem, it is proposed to introduce a special getter element with a developed surface into the tube structure, onto which a sprayed getter film is sprayed. This structural element can be made in the form of a microchannel element (FEM) with channels closed on one side. A source of getter material in the form of a tablet or ring is located on the side of the open channel openings. When the source is activated by induction heating, getter material pairs are deposited on the inner surface of the channels of the microchannel plate, thus creating a getter mirror of a considerable area. The optimum working temperature of barium-based atomized getters usually lies in the range of (70-100) ° С, but even at room temperature they retain a certain activity, due to which the getter element can be located at a distance from the cylinder wall and high-voltage current-carrying parts of the structure , thereby eliminating the risk of breakdowns and leaks in the conductive film.
Сорбционная емкость такого геттерного элемента определяется суммарной площадью каналов МКЭ, которая многократно превышает площадь геттерного зеркала в электровакуумных лампах традиционной конструкции. Например, при использовании МКЭ диаметром 5 мм и толщиной 2 мм с диаметром каналов 10 мкм суммарная площадь каналов составит около 160 см2, что примерно в 500 раз больше площади геттерного зеркала в аналогичной конструкции без МКЭ и позволяет получить сорбционную емкость до 104 мтор⋅л по кислороду и парам воды, до 2000 мтор⋅л по водороду и до 300 мтор⋅л по азоту.The sorption capacity of such a getter element is determined by the total area of the FEM channels, which is many times greater than the area of the getter mirror in conventional vacuum tubes. For example, when using an FEM with a diameter of 5 mm and a thickness of 2 mm with a channel diameter of 10 μm, the total area of the channels will be about 160 cm 2 , which is approximately 500 times larger than the getter mirror area in a similar design without FEM and allows you to get a sorption capacity of up to 10 4 m 4 l on oxygen and water vapor, up to 2000 mtorl on hydrogen and up to 300 mtorl on nitrogen.
Тепловая модель. Кожух.Thermal model. Cover.
Тепло выделяется па внутренней поверхности алюминиевой фольги анода-окна, частично излучается с поверхности внутрь трубки и, в основном, передается через фольгу наружу. Легко показать, что излучаемая (по закону Стефана-Больцмана) часть тепла весьма мшит и практически не играет роли в данном случае. В связи с большой теплопроводностью алюминия и с учетом того, что его толщина много меньше размеров (в ~100 раз), тепловое сопротивление фольги пренебрежимо мало. Таким образом, проблема заключена в том, чтобы снять тепло с наружной поверхности фольги. Этот процесс происходит благодаря обдуву окна воздухом в зазоре между окнами 1 и 2, и может быть рассмотрен в рамках молекулярно-кинетической теории [10].Heat is generated on the inner surface of the aluminum foil of the anode-window, is partially radiated from the surface into the tube, and is mainly transmitted through the foil to the outside. It is easy to show that the radiated (according to the Stefan-Boltzmann law) part of the heat is very weak and practically does not play a role in this case. Due to the high thermal conductivity of aluminum and taking into account the fact that its thickness is much smaller than the size (~ 100 times), the thermal resistance of the foil is negligible. Thus, the problem is to remove heat from the outer surface of the foil. This process occurs due to air blowing through the window in the gap between
Длина свободного пробега молекул воздуха при нормальных условиях равна примерно 0.1 мкм, что в ~1000 раз меньше зазора. То есть зазор можно рассматривать как бесконечно толстый теплопроводящий слой. На одно соударение молекула тратит ~10-10 с, а пролетает путь на длине окна за ~10-6 с, то есть, за время своего пролета над окном молекула успеет удариться ~10000 раз. Все эти обстоятельства свидетельствуют о применимости молекулярно-кинетической теории.The mean free path of air molecules under normal conditions is approximately 0.1 μm, which is ~ 1000 times less than the gap. That is, the gap can be considered as an infinitely thick heat-conducting layer. The molecule spends ~ 10 -10 s for one collision, and flies the path at a window length of ~ 10 -6 s, that is, during its passage above the window the molecule has time to hit ~ 10,000 times. All these circumstances indicate the applicability of the molecular-kinetic theory.
Скорость молекул на длине свободного пробега ~500 м/с [10]. Направленно создаваемое движение молекул примерно с такой скоростью может быть рассмотрено как увеличение тангенциальной составляющей скорости молекул. Для того, чтобы происходил молекулярно-кинетический процесс переноса тепла, когда молекулы должны «успевать» приходить в термодинамическое равновесие с макросредой, необходимо, чтобы скорость направленного переноса газа была заметно меньше 500 м/с. С другой стороны, она желательна большей для повышения эффективности тепло-отбора. Как компромиссное, можно принять за допустимую величину 100 м/с.The velocity of molecules along the mean free path is ~ 500 m / s [10]. The directionally created movement of molecules at approximately this speed can be considered as an increase in the tangential component of the velocity of the molecules. In order for the molecular-kinetic process of heat transfer to take place, when the molecules must "have time" to come into thermodynamic equilibrium with the macroenvironment, it is necessary that the rate of directed gas transfer be noticeably less than 500 m / s. On the other hand, it is desirable more to increase the efficiency of heat removal. As a compromise, you can take for an acceptable value of 100 m / s.
С учетом всех приведенных обстоятельств, можно применить модель массового переноса тепла газом. Теплоемкость воздуха - 1 Дж/г°С. Удельная плотность воздуха - 10-6 г/мм3. Расчет по формуле теплоемкости газа дает отношение мощности переносимого тепла Р к перепаду температуры ΔT, равное ~0.1 doz, где z - величина зазора (do и z - в миллиметрах).Given all the above circumstances, we can apply the model of mass heat transfer by gas. The heat capacity of the air is 1 J / g ° C. The specific gravity of the air is 10 -6 g / mm 3 . The calculation using the heat capacity formula of the gas gives the ratio of the transferred heat power P to the temperature difference ΔT equal to ~ 0.1 d o z, where z is the gap (d o and z in millimeters).
P/ΔT=0.1 doz [Вт/К]P / ΔT = 0.1 d o z [W / K]
Скорость продува воздуха в патрубке: (150-200) doz/dп 2 [м/с], где dп - диаметр патрубка.Air purge speed in the nozzle: (150-200) d o z / d p 2 [m / s], where d p is the diameter of the nozzle.
Диаметр кожуха выбирается из расчета размещения трубки и двух патрубков, диаметр которых выбирается из отношения площади сечений патрубка и зазора.The diameter of the casing is selected from the calculation of the placement of the tube and two pipes, the diameter of which is selected from the ratio of the cross-sectional area of the pipe and the gap.
Примеры исполнения и применения.Examples of execution and application.
Применение заявленного варианта возможно подобно тому, как заявлено в патенте [11]:The use of the claimed option is possible similarly as stated in the patent [11]:
«Способ облучения патологий человеческого организма, заключающийся в генерировании потока излучения источником излучения, воздействии излучением на патологию через выходное окно источника излучения и выдержке в течение заранее определенного времени с последующим охлаждением источника, отличающийся тем, что на патологию последовательно или одновременно воздействуют ионизирующим и тепловым излучением через выходное окно источника излучения, которое размещают вблизи или на поверхности патологии, поток излучения ограничивают в диаметре размером не более максимального размера патологии, энергию излучения выбирают в зависимости от толщины патологии по соотношению Е~К f(d), где d - толщина патологии, К - коэффициент, учитывающий глубину проникновения излучения в зоне облучения тела пациента в зависимости от энергии излучения, а интенсивность охлаждения изменяют в зависимости от температуры выходного окна источника излучения.»“A method of irradiating pathologies of the human body, which consists in generating a radiation flux by a radiation source, irradiating the pathology through the output window of the radiation source and holding it for a predetermined time, followed by cooling the source, characterized in that the pathology is sequentially or simultaneously exposed to ionizing and thermal radiation through the output window of the radiation source, which is placed near or on the surface of the pathology, the radiation flux is limited in diameter with a size not exceeding the maximum size of the pathology, the radiation energy is selected depending on the thickness of the pathology according to the relation E ~ K f (d), where d is the thickness of the pathology, K is the coefficient taking into account the depth of radiation penetration in the patient's irradiation zone depending on the radiation energy , and the cooling intensity varies depending on the temperature of the output window of the radiation source. ”
Для реализации описанного способа требуется специальное зондовое устройство, проксимальный (непосредственно воздействующий) и дистальный концы которого могут поворачиваться на некоторый угол так, чтобы обеспечить наиболее близкое и устойчивое расположение трубки относительно местного объекта воздействия.To implement the described method, a special probe device is required, the proximal (directly acting) and distal ends of which can be rotated by a certain angle so as to ensure the closest and most stable location of the tube relative to the local target.
Материал трубки - термостойкое боросиликатное стекло молибденовой группы марки С52-1 ОСТ 11ПО.735.002-73.The tube material is heat-resistant borosilicate glass of the molybdenum group of the grade C52-1 OST 11PO.735.002-73.
Размеры трубки - диаметр 6 мм, длина - 20 мм; кожуха - диаметр 20 мм, длина 30 мм.Tube dimensions -
Диаметр отверстия окна трубки - 4 мм, окна кожуха - 10 мм.The hole diameter of the tube window is 4 mm, the casing window is 10 mm.
Расстояния от катода до анода - 2 мм, между окнами - 0.3 мм.The distance from the cathode to the anode is 2 mm, between the windows - 0.3 mm.
Размеры МКЭ: диаметр 3.5-3.8 мм, длина - 10 мм, диаметр каналов - 20 мкм, число каналов - 30000, площадь поверхности каналов - 200 см2.FEM dimensions: diameter 3.5–3.8 mm,
Диаметр патрубка поддува 5 мм. Скорость продува газа 20 м/с, или - 200 мл/с. Отношение сечения патрубка к сечению зазора 10:1. Диаметр кожуха 20 мм.The diameter of the nozzle blowing 5 mm. The gas flow rate is 20 m / s, or - 200 ml / s. The ratio of the pipe section to the gap section is 10: 1. The diameter of the casing is 20 mm.
В такой трубке ожидаются следующие параметры.The following parameters are expected in such a tube.
Режим питания - импульсный со скважностью 5.The power mode is pulsed with a duty cycle of 5.
Импульсное напряжение на аноде - до 100 кВ.The pulse voltage at the anode is up to 100 kV.
Импульсный анодный ток - до 1 мА.Pulse anode current - up to 1 mA.
Импульсная электрическая мощность - до 100 Вт.Pulse electric power - up to 100 watts.
Импульсная мощность дозы рентгеновского излучения - до 100 миллирентген в секунду.The pulsed dose rate of x-ray radiation is up to 100 millientgen per second.
Средняя мощность дозы рентгеновского излучения - до 10 миллирентген в секунду.The average dose rate of x-ray radiation is up to 10 milliregenes per second.
Импульсный режим работы выбран из соображений меньшего влияния коротких высоковольтных импульсов на пробивные явления в изолирующей среде, возможности получения больших значений КПД, величины которого пропорциональны напряжению, получения большего диапазона длины волны рентгеновского излучения с целью управления глубиной его проникновения в объект.The pulsed mode of operation was chosen for reasons of a smaller influence of short high-voltage pulses on breakdown phenomena in an insulating medium, the possibility of obtaining large values of efficiency proportional to voltage, and obtaining a larger range of x-ray wavelength in order to control the depth of its penetration into the object.
Современная онкология, например, предъявляет высокие требования к способам и устройствам облучений. В первую очередь, это касается необходимости облучения только патологий (опухолей), не затрагивая здоровых участков тела, и, во-вторых - снижение времени облучения. Такие требования обусловлены тем, что разовая доза может составлять более 100 Р [12, 13].Modern oncology, for example, places high demands on the methods and devices of irradiation. First of all, this refers to the need to irradiate only pathologies (tumors), without affecting healthy areas of the body, and, secondly, to reduce the exposure time. Such requirements are due to the fact that a single dose can be more than 100 P [12, 13].
Из литературных источников известна также информация о том, что при одновременном проведении гипертермии и лучевой терапии эффективность лучевой терапии повышается дополнительно в 2,5-4 раза [14]. Это означает, что с использованием предложенного варианта при дозе в несколько десятков рентген может оказаться достаточным время в несколько десятков минут, что создало бы реальный шанс применения.From literary sources, information is also known that with simultaneous hyperthermia and radiation therapy, the effectiveness of radiation therapy increases by an additional 2.5-4 times [14]. This means that using the proposed option at a dose of several tens of X-rays, a time of several tens of minutes may be sufficient, which would create a real chance of use.
Использованные источники информацииInformation Sources Used
1. Патент РФ №2160480. Миниатюрная импульсная рентгеновская трубка. Дата подачи заявки: 02.08.1999. Заявители: РФЯЦ «Всероссийский НИИ экспериментальной физики»; Министерство РФ по атомной энергии. Авторы: Лойко Т.В.; Макеев Н.Г.; Павловская Н.Г.; Тресков С.М.; Юткин М.П.1. RF patent No. 2160480. Miniature pulsed x-ray tube. Application submission date: 08/02/1999. Applicants: RFNC “All-Russian Research Institute of Experimental Physics”; Ministry of the Russian Federation for Atomic Energy. Authors: Loyko T.V .; Makeev N.G .; Pavlovskaya N.G .; Treskov S.M .; Yutkin M.P.
2. Патент РФ 2563879 «Миниатюрный рентгеновский излучатель». Приоритет - 12 марта 2014 г. Автор и патентообладатель - Жуков Н.Д.2. RF patent 2563879 "Miniature x-ray emitter." Priority - March 12, 2014. Author and patentee - N. Zhukov
3. Патент РФ 2640404 «Микроминиатюрный рентгеновский излучатель». Приоритет - 29.04.2016. Патентообладатель - ООО «Реф-Свет». Авторы - Жуков Н.Д., Хазанов А.А., Мосияш Д.С.3. RF patent 2640404 "Microminiature X-ray emitter." Priority - 04/29/2016. The patent holder is Ref-Svet LLC. Authors - Zhukov N.D., Khazanov A.A., Mosiyash D.S.
4. Егоров Н.В., Шешин Е.П. Электронная эмиссия. М.: Интеллект.2011.4. Egorov N.V., Sheshin E.P. Electronic emission. M .: Intellect. 2011.
5. Н.Д. Жуков, Д.С. Мосияш, А.А. Хазанов, Н.П. Абаньшин. Оптимизация структуры и материала автокатода. Прикладная физика, 2015, №3, с.с. 93-97.5. N.D. Zhukov, D.S. Mosiyash, A.A. Khazanov, N.P. Abanshin. Optimization of the structure and material of the cathode. Applied Physics, 2015, No. 3, S.S. 93-97.
6. Подымский А.А. Мощные рентгеновские трубки для проекционной рентгенографии. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург, 2016.6. Podymsky A.A. Powerful x-ray tubes for projection radiography. Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences. St. Petersburg, 2016.
7. http://al-vo.ru/mekhanika/raschet-progiba-plastiny.html7.http: //al-vo.ru/mekhanika/raschet-progiba-plastiny.html
8. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов… ПНАЭ Г-7-002-86, Москва, Энергоатомиздат, 1989.8. Standards for calculating the strength of equipment and pipelines ... PNAE G-7-002-86, Moscow, Energoatomizdat, 1989.
9. Геттерирование. http://www.ngpedia.ru/id640968p2.html.9. Gettering. http://www.ngpedia.ru/id640968p2.html.
10. Молекулярно-кинетическая теория, https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/578710. Molecular-kinetic theory, https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/5787
11. Патент РФ 2519772 Способ облучения патологий человеческого организма и устройство для его осуществления (варианты). Приоритет - 27.03.2012. Патентообладатель: ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ". Авторы: Алексеев С.В., Таубин М.Л., Ясколко А.А.11. RF patent 2519772 A method for irradiating pathologies of the human body and a device for its implementation (options). Priority - 03/27/2012. Patent holder: Federal State Unitary Enterprise Research Institute of NPO LUCH. Authors: Alekseev SV, Taubin ML, Yaskolko A.A.
12. С.К. Терновой, В.Е. Синицин, Лучевая диагностика и терапия, «ГЭОТАР-Медиа», 2010, Москва, стр. 286-293.12. S.K. Ternovoi, V.E. Sinitsin, Radiodiagnosis and therapy, "GEOTAR-Media", 2010, Moscow, pp. 286-293.
13. Лучевая терапия злокачественных опухолей, Руководство для врачей, Москва, «Медицина», 1996, стр. 5-10. Аспекты клинической дозиметрии, под редакцией З.В. Ставицкого, Москва, «МНПИ», 2000, стр. 27-4113. Radiation therapy of malignant tumors, a Guide for doctors, Moscow, "Medicine", 1996, p. 5-10. Aspects of Clinical Dosimetry, edited by Z.V. Stavitsky, Moscow, MNPI, 2000, pp. 27-41
14. Horsmann M.R., Overgaard J., The influence of nicotinamid and hyperthermia on the radiation response of tumor and normal tissue. Book of Abstracts, 15th Annual Meeting ofESHO, Wadham Colledge, Oxford, U.K., 3-6 September 1995, p. 1214. Horsmann MR, Overgaard J., The influence of nicotinamid and hyperthermia on the radiation response of tumor and normal tissue. Book of Abstracts, 15 th Annual Meeting ofESHO, Wadham Colledge, Oxford, UK, 3-6 September 1995, p. 12
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018110217A RU2678326C1 (en) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | Ultra-compact x-ray emitter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018110217A RU2678326C1 (en) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | Ultra-compact x-ray emitter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2678326C1 true RU2678326C1 (en) | 2019-01-28 |
Family
ID=65273375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018110217A RU2678326C1 (en) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | Ultra-compact x-ray emitter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2678326C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA038599B1 (en) * | 2020-07-31 | 2021-09-21 | Андрей Владимирович САРТОРИ | X-ray tube for radiation treatment of objects |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2160480C1 (en) * | 1999-08-02 | 2000-12-10 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Pulse-operated x-ray tube |
| US20020186815A1 (en) * | 2001-06-07 | 2002-12-12 | Plex Llc | Star pinch plasma source of photons or neutrons |
| RU2563879C1 (en) * | 2014-03-12 | 2015-09-27 | Николай Дмитриевич Жуков | Miniature x-ray source |
| RU2640404C2 (en) * | 2016-04-29 | 2018-01-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Реф-Свет" | Microminiature x-ray radiator |
-
2018
- 2018-03-21 RU RU2018110217A patent/RU2678326C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2160480C1 (en) * | 1999-08-02 | 2000-12-10 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Pulse-operated x-ray tube |
| US20020186815A1 (en) * | 2001-06-07 | 2002-12-12 | Plex Llc | Star pinch plasma source of photons or neutrons |
| RU2563879C1 (en) * | 2014-03-12 | 2015-09-27 | Николай Дмитриевич Жуков | Miniature x-ray source |
| RU2640404C2 (en) * | 2016-04-29 | 2018-01-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Реф-Свет" | Microminiature x-ray radiator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA038599B1 (en) * | 2020-07-31 | 2021-09-21 | Андрей Владимирович САРТОРИ | X-ray tube for radiation treatment of objects |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7453312B2 (en) | X-ray source that forms a three-dimensional beam | |
| US20030002627A1 (en) | Cold emitter x-ray tube incorporating a nanostructured carbon film electron emitter | |
| TWI307110B (en) | Method and apparatus for controlling electron beam current | |
| ES2215149T3 (en) | WHITE FOR X-RAY PRODUCTION. | |
| US20090323898A1 (en) | Thermionic emitter designed to control electron beam current profile in two dimensions | |
| JP2005523558A (en) | Mobile compact X-ray source | |
| RU2678326C1 (en) | Ultra-compact x-ray emitter | |
| US7469040B2 (en) | X-ray tube for high dose rates, method of generating high dose rates with X-ray tubes and a method of producing corresponding X-ray devices | |
| USRE41741E1 (en) | Optically driven therapeutic radiation source having a spiral shaped thermionic cathode | |
| AU2004202788B2 (en) | Miniature x-ray source device | |
| CN109698105B (en) | High dose delivery, transmission and reflection target X-ray system and method of use | |
| US6359968B1 (en) | X-ray tube capable of generating and focusing beam on a target | |
| RU179629U1 (en) | MINIATURE SOURCE OF X-RAY RADIATION | |
| RU2640404C2 (en) | Microminiature x-ray radiator | |
| RU188670U1 (en) | X-RAY TREATMENT TUBE | |
| EP2850634B1 (en) | Radiotherapy apparatus | |
| RU190316U1 (en) | X-ray tube | |
| RU2519772C2 (en) | Method for exposing human body pathologies to radiation and device for implementing same (versions) | |
| JPS60202642A (en) | X-ray tube bulb |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20201001 |