RU2680718C1 - Окно корпуса рентгеновского излучателя - Google Patents
Окно корпуса рентгеновского излучателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680718C1 RU2680718C1 RU2018110213A RU2018110213A RU2680718C1 RU 2680718 C1 RU2680718 C1 RU 2680718C1 RU 2018110213 A RU2018110213 A RU 2018110213A RU 2018110213 A RU2018110213 A RU 2018110213A RU 2680718 C1 RU2680718 C1 RU 2680718C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- window
- supporting plate
- thickness
- ray
- coefficient
- Prior art date
Links
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 12
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 6
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100190856 Rauvolfia serpentina PNAE gene Proteins 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000833 kovar Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000002601 radiography Methods 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003319 supportive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/16—Vessels; Containers; Shields associated therewith
- H01J35/18—Windows
Landscapes
- X-Ray Techniques (AREA)
Abstract
Изобретение относится к окну корпуса рентгеновского излучателя. Окно состоит из алюминиевой фольги толщиной 50-60 микрон, присоединяемой вакуумно-плотно к поддерживающей пластинке, присоединяемой к корпусу трубки, выполненной из материала, имеющего коэффициент термического расширения, одинаковый с материалом корпуса. Поддерживающая пластинка выполнена в области отверстия в корпусе излучателя в виде сетки с шагом не более 2 мм и коэффициентом прозрачности не менее 0,8. Соотношение размера окна в области отверстия в корпусе и толщины перемычек сетки поддерживающей пластинки не более 40:1. Техническим результатом является повышение эффективности получения излучения длинноволнового диапазона, обеспечение высокого контраста изображения при работе с объектами низкой рентгеновской плотности при малой глубине проникновения излучения в ткани при рентгенотерапии. 1 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области рентгеновской техники и может быть использовано при разработке источников рентгеновского излучения для малогабаритных рентгеновских аппаратов, в частности, для медицинской диагностики и внутриполостной рентгенотерапии, а также в других областях техники.
Окно состоит из двух вакуумно-плотно соединенных между собой слоев металлической фольги: внешней - выполненной из алюминия толщиной 50-60 микрон, и внутренней, присоединяемой к корпусу трубки - выполненной из материала, имеющего коэффициент термического расширения, одинаковый с материалом корпуса, причем вторая фольга выполнена в области отверстия в корпусе излучателя в виде сетки с шагом не более 2 мм и коэффициентом прозрачности не менее 0,8.
Технический результат - повышение эффективности при получении излучения длинноволнового диапазона, обеспечивающего высокий контраст изображения при работе с объектами низкой рентгеновской плотности и малую глубину проникновения излучения в ткани при рентгенотерапии.
Из современного уровня техники известна конструкция рентгеновской трубки с прострельным анодом (Рентгенотехника: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1980 - Кн.1, с. 91-92). Анод трубки представляет собой тонкий слой тяжелого металла, нанесенный на выходное окно трубки, расположенное в ее торцевой части. Материалом окна служит тонкая бериллиевая пластина. Окно вакуумно-плотно соединено с корпусом. Катод выполнен в виде витой из вольфрамовой нити спирали, расположенной в фокусирующем устройстве. Тепловая мощность, выделяющаяся на аноде при его бомбардировке электронами, ограничивает предельно допустимую электрическую мощность трубки и, следовательно, максимальную интенсивность излучения. Как известно, для тонкопленочных вольфрамовых анодов-мишеней, нанесенных на подложку из бериллия, значение допустимой температуры не превышает (350-400)°C. Кроме того, 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 [Подымский А.А. Мощные рентгеновские трубки для проекционной рентгенографии. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург, 2016] 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 (таблица). Кроме того, отказ от бериллия в качестве конструкционного материала выгоден с точки зрения безопасности производства (известно, что металлический бериллий и его соединения ядовиты).
Конструкции рентгеновских трубок с выходным окном из алмаза и стеклоуглерода известны (например, патент SU 1653548, а.с. SU 486400), однако не получили распространения ввиду технологических сложностей их изготовления. Оптимальным вариантом материала выходного окна, таким образом, является тонкая алюминиевая фольга, однако ее механическая прочность недостаточна для противодействия атмосферному давлению при диаметре окна более 1-2 мм. При этом механическая прочность может снижаться за счет значительного нагрева фольги в случаях совмещения окна и мишени.
Известен источник рентгеновского излучения (патент США N 4057745, кл. H01J 35/08, публ. 1977 г.), который содержит вакуумный баллон с окном для выхода рентгеновского излучения, в котором размещены катод и анод. Анод-прострельный, выполнен следующим образом: анод-мишень представляет собой пленку металла, например меди, нанесенную вакуумным напылением на тонкую подложку из металла с относительно малым атомным номером, например, алюминия. Заявленное устройство содержит также пластину из материала с малым атомным номером, например, пластика, расположенную вплотную к аноду вне вакуумного объема, которая выполняет функции держателя для подложки, и многоапертурную сотовую структуру, которая также является в этой конструкции опорной. Такая конструкция обеспечивает хорошее пропускание генерируемых мишенью рентгеновских лучей. Это техническое решение наиболее близко к заявленному и является его прототипом.
Недостатком конструкции прототипа является относительно высокое тепловое сопротивление между анодом-окном и окружающей средой, обусловленное наличием пластиковой подложки-держателя на внешней поверхности окна. Вследствие этого снижается предельно допустимая электрическая мощность трубки и, соответственно, достижимая интенсивность излучения.
Задачей настоящего изобретения является создание конструкции выходного окна рентгеновской трубки с повышенной устойчивостью к тепловым нагрузкам и с высокой прозрачностью для длинноволнового (10-30 кВ) рентгеновского излучения. Поставленная задача решается тем, что окно состоит из двух вакуумно-плотно соединенных между собой слоев фольги: внешней - фольги, выполненной из алюминия толщиной 50-60 мкм, и внутренней, поддерживающей фольги - пластинки, присоединяемой к корпусу трубки, выполненной из металла (сплава), имеющего коэффициент термического расширения (КТР), одинаковый с материалом корпуса. Причем поддерживающая пластинка выполнена в области отверстия-окна в виде сетки сквозных отверстий с шагом не более 2 мм и коэффициентом прозрачности (отношением суммарной площади отверстий к площади окна) не менее 0,8. Толщина поддерживающей пластинки выбирается, исходя из размеров окна, чтобы обеспечить устойчивость конструкции к атмосферному давлению.
Толщина алюминиевой фольги выбирается минимально возможной с учетом отсутствия натекания воздуха для обеспечения длительного сохранения вакуума в приборе. Проведенный расчет (данные для расчета взяты из справочник химика 21 [www.ngpedia.ru/pic/042DQoH2C7K1k5a5K0x80012113777.gif]) для диффузии азота (основного компонента воздуха) через алюминиевую мембрану толщиной 50 мкм позволил получить значения величины времени начала ухудшения вакуума 104-105 часов, что приемлемо для реальных условий применений. Уменьшение толщины мембраны в 2 раза приводит к уменьшению времени начала натекания в 4 раза.
Для определения оптимального шага сетки отверстий поддерживающей пластинки была использована программа расчета напряжений в прямоугольной мембране с закрепленными по контуру краями (http://al-vo.ru/mekhanika/raschet-progiba-plastiny.html). Исходные данные для расчета:
Материал фольги - Al, толщина 50 мкм;
Предел текучести (прочности) σ=100 Н/мм;
Модуль упругости Е=66000 Н/мм2;
Коэффициент Пуассона μ=0.34;
Распределенная равномерная нагрузка, соответствующая нормальному атмосферному давлению q=0.1 Н/мм2.
Результаты расчета показывают, что при размере отверстий в поддерживающей пластинке 2 на 2 мм максимальные напряжения растяжения в алюминиевой фольге составляют 38 Н/мм2, т.е. имеется 2-3 кратный запас прочности.
Для расчета толщины перемычек сетки поддерживающей пластинки воспользуемся этой же программой с учетом снижения прочности пластины из-за наличия отверстий. Согласно рекомендациям (Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов… ПНАЭ Г-7-002-86, Москва, Энергоатомиздат, 1989) для плоских днищ и крышек, имеющих несколько отверстий, минимальное значение коэффициента снижения прочности вычисляется по формуле:
где Σdi - сумма длин хорд отверстий в наиболее ослабленном диаметральном сечении; Dr - диаметр окна. Для данного случая ϕi=1/(1+0.8+0,64)=0,4. Остальные данные для расчета:
Материал пластинки (фольги) - ковар, толщина 0,5 мм;
Предел текучести (прочности) σ=500 Н/мм2;
Модуль упругости Е=Т40000 Н/мм2;
Коэффициент Пуассона μ=0.3;
Распределенная равномерная нагрузка, соответствующая нормальному атмосферному давлению q=0.1 Н/мм2.
Результаты расчета показывают, что при диаметре окна 20 мм максимальные напряжения составляют 60 Н/мм, что при учете коэффициента ослабления 0,4 дает трехкратный запас прочности.
Таким образом, соотношение диаметра окна в области отверстия в корпусе и толщины перемычек сетки поддерживающей пластинки должно быть не более 40:1.
Преимуществом предложенной конструкции по сравнению с прототипом является улучшенный тепловой контакт окна с окружающей средой, в качестве которой может быть использован охлаждающий газ или жидкость, благодаря чему рентгеновская трубка с окном предлагаемой конструкции может выдерживать большие тепловые нагрузки и, следовательно, иметь большую максимальную интенсивность рентгеновского излучения. Кроме того, возможность согласования КТР внутренней (поддерживающей) фольги с материалом корпуса позволяет снизить механические напряжения в месте стыка и, тем самым, повышает надежность изделия в целом.
Примеры конкретного исполнения
Пример 1.
Миниатюрная рентгеновская трубка с боковым окном и прямонакальным термоэмиссионным катодом имеет корпус из электровакуумного стекла марки С93-1 в форме трубки диаметром 8 мм, с отверстием в стенке для выхода излучения. Отверстие вакуумно-плотно закрыто рентгенопрозрачным окном предлагаемой конструкции, состоящим из внутреннего слоя - фольги толщиной 0.5 мм из сплава 47НХР, в центральной части которой методом фотолитографии сформирована сетчатая структура, и внешнего слоя - алюминиевой фольги толщиной 50 мкм. Сплав 47НХР имеет КТР, близкий к стеклу корпуса, и высокие параметры вакуумно-плотного присоединения к нему. Склейка слоев между собой и приклейка внутреннего слоя к стеклу баллона выполнены при помощи стеклогерметика (легкоплавкого стекла) марки С73-2. Окно имеет форму прямоугольной секции цилиндра с радиусом изгиба, равным внешнему радиусу цилиндрического корпуса, с размерами, превышающими размер отверстия в корпусе, на 2-3 мм с каждой стороны.
Пример 2.
Миниатюрная рентгеновская трубка с торцевым окном, термоэмиссионным или автоэлектронным катодом и электростатической фокусировкой имеет корпус из электровакуумного стекла марки С52-1 в форме трубки диаметром 8 мм. Выходное рентгенопрозрачное окно, расположенное в торце трубки, согласно предлагаемому техническому решению, имеет форму круга и состоит из внутреннего слоя - фольги толщиной 0,5 мм из сплава 29НК («ковар»), в центральной части которой методом фотолитографии сформирована сетчатая структура, и внешнего слоя - алюминиевой фольги толщиной 50 мкм. Сплав 29НК имеет КТР, близкий к стеклу корпуса, и высокие параметры вакуумно-плотного присоединения к нему. Вакуумно-плотное соединение слоев между собой в периферийной области вне сетчатой структуры осуществлено пайкой твердым припоем после соответствующей обработки обеих соединяемых поверхностей. Соединение коваровой фольги со стеклянным баллоном осуществлено путем ее вплавления в стекло.
Claims (1)
- Окно корпуса рентгеновского излучателя, состоящее из соединенных вакуумно-плотно тонкой алюминиевой фольги и поддерживающей пластинки, присоединяемой к корпусу излучателя, отличающееся тем, что алюминиевая фольга имеет толщину 50-60 мкм; поддерживающая пластинка выполнена из фольги металла (сплава), имеющего коэффициент термического расширения, одинаковый с материалом корпуса; в которой в области и размере отверстия в корпусе излучателя сформирована сетчатая структура сквозных отверстий с шагом не более 2 мм и коэффициентом прозрачности не менее 0,8; толщина поддерживающей пластинки выбирается экспериментально, исходя из размеров отверстия в корпусе, чтобы обеспечить устойчивость конструкции к атмосферному давлению, при этом соотношение размера окна и толщины перемычек сетки поддерживающей пластинки должно быть не более 40:1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018110213A RU2680718C1 (ru) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | Окно корпуса рентгеновского излучателя |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018110213A RU2680718C1 (ru) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | Окно корпуса рентгеновского излучателя |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2680718C1 true RU2680718C1 (ru) | 2019-02-26 |
Family
ID=65479374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018110213A RU2680718C1 (ru) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | Окно корпуса рентгеновского излучателя |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2680718C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4057745A (en) * | 1974-06-24 | 1977-11-08 | Albert Richard D | Scanning X-ray source |
| WO2000036884A2 (en) * | 1998-12-17 | 2000-06-22 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | X-ray examination apparatus including a control loop for adjusting the x-ray flux |
| JP2007026965A (ja) * | 2005-07-20 | 2007-02-01 | Toshiba Corp | Ｘ線ｃｔ装置及びｃｔ用ｘ線制御方法 |
| RU2393653C1 (ru) * | 2009-06-22 | 2010-06-27 | Закрытое Акционерное Общество "Рентгенпром" (Зао "Рентгенпром") | Устройство формирования сканирующего рентгеновского пучка пирамидальной формы (варианты) |
-
2018
- 2018-03-21 RU RU2018110213A patent/RU2680718C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4057745A (en) * | 1974-06-24 | 1977-11-08 | Albert Richard D | Scanning X-ray source |
| WO2000036884A2 (en) * | 1998-12-17 | 2000-06-22 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | X-ray examination apparatus including a control loop for adjusting the x-ray flux |
| JP2007026965A (ja) * | 2005-07-20 | 2007-02-01 | Toshiba Corp | Ｘ線ｃｔ装置及びｃｔ用ｘ線制御方法 |
| RU2393653C1 (ru) * | 2009-06-22 | 2010-06-27 | Закрытое Акционерное Общество "Рентгенпром" (Зао "Рентгенпром") | Устройство формирования сканирующего рентгеновского пучка пирамидальной формы (варианты) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9281158B2 (en) | X-ray emitting target and X-ray emitting device | |
| JP5911323B2 (ja) | ターゲット構造体及びそれを備える放射線発生装置並びに放射線撮影システム | |
| JP6140983B2 (ja) | 透過型ターゲット、ｘ線発生ターゲット、ｘ線発生管、ｘ線ｘ線発生装置、並びに、ｘ線ｘ線撮影装置 | |
| JP2007280958A (ja) | マイクロ集束レベルの電子ビーム発生用炭素ナノチューブ基板分離型の放射線管システム | |
| DE60101855D1 (de) | Ziel zur röntgenstrahlerzeugung | |
| JPS63304557A (ja) | 本質的に単色のｘ線を発生する放射線源 | |
| US9818569B2 (en) | High dose output, through transmission target X-ray system and methods of use | |
| US10032597B2 (en) | X-ray generating tube, X-ray generating apparatus, X-ray imaging system, and anode used therefor | |
| US2665391A (en) | X-ray tube having a mica window | |
| US11562876B2 (en) | Constant flow vacuum and beam generation system | |
| US20140029727A1 (en) | X-ray generating apparatus for paracentesis | |
| JP6116274B2 (ja) | 放射線発生装置および該放射線発生装置を備える放射線撮影装置 | |
| US3783299A (en) | X-ray image intensifier input phosphor screen and method of manufacture thereof | |
| WO2011095131A1 (zh) | X射线电子束产生器及其阴极 | |
| RU2680718C1 (ru) | Окно корпуса рентгеновского излучателя | |
| CN108933072A (zh) | 阳极和x射线生成管、x射线生成装置和放射线照相系统 | |
| KR100941037B1 (ko) | 무산소동 외관벌브를 구비한 연 엑스선 발생관 | |
| Behling | X-ray tubes development-IOMP history of medical physics | |
| US20140126701A1 (en) | X-ray emitting target and x-ray emitting device | |
| RU2563879C1 (ru) | Миниатюрный рентгеновский излучатель | |
| JP6153314B2 (ja) | Ｘ線透過型ターゲット及びその製造方法 | |
| JP2000082430A (ja) | Ｘ線発生用ターゲット及びこれを用いたｘ線管 | |
| RU2680823C1 (ru) | Электронная отпаянная пушка для вывода электронного потока в атмосферу или иную газовую среду | |
| RU2676672C1 (ru) | Рентгеновский острофокусный излучатель с стержневым анодом | |
| US6359968B1 (en) | X-ray tube capable of generating and focusing beam on a target |
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 |