RU2795517C1

RU2795517C1 - X-ray tube cathode

Info

Publication number: RU2795517C1
Application number: RU2022123305A
Authority: RU
Inventors: Валерий Дмитриевич Малыгин; Михаил Юрьевич Русин; Александр Васильевич Терехин; Дмитрий Викторович Харитонов
Original assignee: Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина"
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2023-05-04

Abstract

FIELD: x-ray technology.

SUBSTANCE: invention is related in particular to cathodes of metal-ceramic x-ray tubes. The X-ray tube cathode consists of a cathode cup with additional windows placed against the emitters and communicating with a circular hollow channel and mounting slots, a focusing electrode, emitters placed in the mounting slots of the cathode cup and fixed on current leads mounted in ceramic bushings placed in seats, made in the cathode cup. The circular hollow channel is located between the outer surface of the cathode cup and the inner surface of the focusing electrode, which communicates with the mounting grooves of the cathode cup and has a getter placed in the channel.

EFFECT: increase of absorption capacity of the getter, increase of retainment time of working vacuum in the X-ray tube and increase of the service life of the X-ray tube.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к рентгеновской технике, в частности, к катодам металлокерамических рентгеновских трубок.The invention relates to X-ray technology, in particular, to the cathodes of metal-ceramic X-ray tubes.

Известен катод рентгеновской трубки, который содержит катодную чашку, блок эмиттера, состоящий из двух токовводов и закрепленного на них эмиттера, изоляторы. Каждый изолятор выполнен составным из керамической втулки и металлического фиксатора, размещенного на одном из торцов керамической втулки. Свободная часть керамической втулки размещена в посадочном месте, выполненном в катодной чашке для каждого изолятора. Крепление изолятора в катодной чашке осуществляется методом зачеканивания. Токовводы эмиттера установлены в изоляторах и фиксируются методом лазерной сварки с металлическими фиксаторами, или контактной сваркой, или обжимом, а в качестве материала металлического фиксатора может быть использована или медь, или никель, или титан, или их сплавы. Патент RU 2530533, H01J 35/16, H01 J 35/18, 21.02.2013.Known x-ray tube cathode, which contains a cathode cup, emitter unit, consisting of two current leads and emitter fixed on them, insulators. Each insulator is made up of a ceramic bushing and a metal retainer placed on one of the ends of the ceramic bushing. The free part of the ceramic sleeve is located in the seat made in the cathode cup for each insulator. The fastening of the insulator in the cathode cup is carried out by caulking. The emitter current leads are installed in insulators and fixed by laser welding with metal clamps, or contact welding, or crimping, and either copper, or nickel, or titanium, or their alloys can be used as the material of the metal clamp. Patent RU 2530533, H01J 35/16, H01J 35/18, 21.02.2013.

Недостатком этой конструкции является сложность, низкая функциональность, ненадежность и высокая стоимость ее сборки и регулировки положения эмиттеров. Припаивание металлического фиксатора к керамической втулке является сложной, дорогой и трудоемкой задачей, поскольку пайка производится либо активным припоем в вакууме, либо металлизированной керамики в среде водорода. Зачеканивание – это расплющивание металла при локальном приложении силы, например посредством удара. При зачеканивании в зоне деформации кольцевого паза прикладывается сила, деформирующая металлический паз, но возникающие в зоне деформации напряжения передаются на керамическую втулку. Керамика является хрупким материалом, которому противопоказаны ударные нагрузки из-за его возможного разрушения. Для фокусировки эмиттеров требуется точное их позиционирование и фиксация в установочных пазах. Зачеканивание приведет к продольному сдвигу изоляторов, что изменит фокусировку рентгеновской трубки, и приведет к снижению ее технических характеристик. Операции зачеканивания изоляторов в катодной чашке и сварки или обжима токовводов и втулки, исключают возможность разборки катода в случае надобности и, следовательно, повышают процент брака. Кроме этого, в данной конструкции не предусмотрена регулировка зазора между катодным узлом и анодом рентгеновской трубки при ее окончательной сборке. Точное соблюдение зазора влияет на технические характеристики рентгеновских трубок, особенно, если они имеют металлокерамическое исполнение. Кроме того, одним из существенных недостатков катода является то, что его полезный объем не используется для размещения геттерного элемента и, соответственно, катод лишен функции газопоглощения и длительного поддержания рабочего вакуума в рентгеновской трубке.The disadvantage of this design is the complexity, low functionality, unreliability and high cost of its assembly and adjustment of the position of the emitters. Soldering a metal retainer to a ceramic sleeve is a complex, expensive and time-consuming task, since soldering is performed either with active solder in a vacuum or metallized ceramic in a hydrogen environment. Coining is the flattening of metal when a force is applied locally, such as by impact. When caulking in the deformation zone of the annular groove, a force is applied that deforms the metal groove, but the stresses arising in the deformation zone are transferred to the ceramic bushing. Ceramic is a brittle material, which is contraindicated in shock loads due to its possible destruction. Focusing emitters requires their precise positioning and fixation in the mounting slots. Caulking will cause the insulators to move longitudinally, which will change the focus of the X-ray tube and lead to a decrease in its technical characteristics. The operations of tapping insulators in the cathode cup and welding or crimping current leads and bushings exclude the possibility of disassembling the cathode if necessary and, therefore, increase the scrap rate. In addition, this design does not provide for adjusting the gap between the cathode assembly and the anode of the X-ray tube during its final assembly. Precise observance of the gap affects the technical characteristics of x-ray tubes, especially if they have a ceramic-metal design. In addition, one of the significant disadvantages of the cathode is that its useful volume is not used to accommodate the getter element and, accordingly, the cathode is deprived of the function of gas absorption and long-term maintenance of the working vacuum in the X-ray tube.

Известен геттерный элемент для электровакуумного прибора (патент РФ 2 379 780, H01J 7/18, 20.01.2010), который может быть размещен в катоде рентгеновской трубки, при котором на поверхность газопоглотителя из пористого геттерного вещества, помещенного в вакуумный сосуд, наносят несплошную металлическую пленку, что позволяет защитить поверхность геттерного элемента от выделения частиц, ухудшающих вакуум, и активировать геттерный элемент за счет нагрева металлической пленки путем пропускания электрического тока.A getter element for an electrovacuum device is known (RF patent 2 379 780, H01J 7/18, 01/20/2010), which can be placed in the cathode of an X-ray tube, in which a non-continuous metal film, which makes it possible to protect the surface of the getter element from the release of particles that worsen the vacuum, and to activate the getter element by heating the metal film by passing an electric current.

Недостатком устройства с геттерным элементом является использование электрического нагрева металлической пленки для активации пористого геттерного вещества. Чтобы осуществить подведение тока нагрева к геттерному элементу, размещенному внутри вакуумной оболочки, необходимо предусмотреть на вакуумной оболочке рентгеновской трубки вакуумноплотные электрические вводы, что значительно усложняет и удорожает конструкцию рентгеновской трубки, а также повышает процент брака при их изготовлении. Также следует отметить, что нагрев и активирование геттера посредством пропускания тока через несплошную металлическую пленку неэффективен для широкого ряда геттеров, например, цельнометаллических.The disadvantage of the device with a getter element is the use of electrical heating of the metal film to activate the porous getter substance. In order to supply the heating current to the getter element located inside the vacuum shell, it is necessary to provide vacuum-tight electrical inputs on the vacuum shell of the X-ray tube, which significantly complicates and increases the cost of the design of the X-ray tube, and also increases the percentage of defects in their manufacture. It should also be noted that heating and activating the getter by passing current through a non-continuous metal film is inefficient for a wide range of getters, for example, all-metal ones.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является катод рентгеновской трубки, состоящий из катодной чашки, фокусирующего электрода, эмиттеров, размещенных в установочных пазах катодной чашки и закрепленных на токовводах, причем токовводы установлены в керамических втулках, а керамические втулки размещены в посадочных местах, выполненных в катодной чашке, при этом между внешней поверхностью катодной чашки и внутренней поверхностью фокусирующего электрода выполнен кольцевой полый канал, сообщающийся с установочными пазами катодной чашки, а в кольцевом полом канале размещен геттер, выполненный из активного газопоглощающего металла или пористого газопоглотителя (Патент RU 2775545, H01J 35/20; H01J 9/395; H01J 7/18, 04.07.2022).Closest to the claimed invention is an X-ray tube cathode, consisting of a cathode cup, a focusing electrode, emitters placed in the mounting grooves of the cathode cup and fixed on the current leads, and the current leads are installed in ceramic bushings, and the ceramic bushings are placed in the seats made in the cathode cup , while between the outer surface of the cathode cup and the inner surface of the focusing electrode there is an annular hollow channel communicating with the mounting grooves of the cathode cup, and a getter made of an active gas-absorbing metal or a porous getter is placed in the annular hollow channel (Patent RU 2775545, H01J 35/20 ; H01J 9/395; H01J 7/18, 07/04/2022).

Недостатком известного устройства является не полное использование газопоглощающего потенциала геттера, поскольку его активирование нагревом от эмиттеров наиболее эффективно производится в зоне совмещения установочных пазов катодной чашки с кольцевым полым каналом, а зоны геттера, затененные стенками установочных пазов катодной чашки от лучистого нагрева, остаются не активированными из-за недостаточной температуры. Не полное использование газопоглощающего потенциала геттера снижает время сохраняемости рабочего вакуума в рентгеновской трубке и, соответственно, снижает ее рабочий ресурс. A disadvantage of the known device is the incomplete use of the gas-absorbing potential of the getter, since its activation by heating from emitters is most effectively carried out in the zone where the mounting grooves of the cathode cup coincide with the annular hollow channel, and the getter zones shaded by the walls of the mounting grooves of the cathode cup from radiant heating remain unactivated from - due to insufficient temperature. Incomplete use of the gas-absorbing potential of the getter reduces the retention time of the working vacuum in the X-ray tube and, accordingly, reduces its working life.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение емкости поглощения геттера и, соответственно, увеличение времени сохраняемости рабочего вакуума в рентгеновской трубке для увеличения ее рабочего ресурса.The problem to be solved by the present invention is to increase the absorption capacity of the getter and, accordingly, increase the time of keeping the working vacuum in the X-ray tube to increase its working life.

Указанная задача решается тем, что предложен катод рентгеновской трубки, состоящий из катодной чашки, фокусирующего электрода, эмиттеров, размещенных в установочных пазах катодной чашки и закрепленных на токовводах, установленных в керамических втулках, размещенных в посадочных местах, выполненных в катодной чашке, кольцевого полого канала, расположенного между внешней поверхностью катодной чашки и внутренней поверхностью фокусирующего электрода, сообщающегося с установочными пазами катодной чашки и размещенным в канале геттером, отличающийся тем, что катодная чашка снабжена дополнительными окнами размещенными против эмиттеров и сообщающимися с кольцевым полым каналом и установочными пазами.This problem is solved by the fact that the proposed X-ray tube cathode, consisting of a cathode cup, a focusing electrode, emitters placed in the mounting grooves of the cathode cup and fixed on the current leads installed in ceramic bushings, placed in the seats made in the cathode cup, an annular hollow channel located between the outer surface of the cathode cup and the inner surface of the focusing electrode, communicating with the mounting grooves of the cathode cup and placed in the channel with a getter, characterized in that the cathode cup is equipped with additional windows placed against the emitters and communicating with the annular hollow channel and the mounting slots.

На фиг.1, фиг.2 и фиг.3 представлены чертежи, иллюстрирующие заявленное техническое решение, где на фиг.1 схематически представлена конструкция двухфокусного катода рентгеновской трубки, на фиг.2 представлен разрез, выполненный в плоскости А-А, на фиг.3 показан разрез, выполненный в плоскости В-В в варианте использования геттерных пористых вставок.Figure 1, figure 2 and figure 3 are drawings illustrating the claimed technical solution, where figure 1 schematically shows the design of a two-focus cathode x-ray tube, figure 2 shows a section made in the plane A-A, in fig. 3 shows a section made in the B-B plane in the variant of using getter porous inserts.

Катод рентгеновской трубки содержит катодную чашку1 с установочными пазами 2, эмиттеры 3, токовводы 4, керамические втулки 5, разрезные металлические муфты 6, стопорные винты 7, фокусирующий электрод 8. Фокусирующий электрод 8 совмещен с катодной чашкой 1 посредством резьбового соединения 9, причем между ними размещен полый кольцевой канал 10. В полый кольцевой канал помещен геттер в виде кольца 11, который может быть выполнен из металлической ленты, из металлической проволоки, в виде металлопористого кольца или металлопористых вставок 12. В катодной чашке 1 выполнены окна 13, размещенные напротив эмиттеров 3 и сообщающиеся с кольцевым полым каналом 10. На кольцевом геттере 11 и на пористых вставках 12 показаны зоны лучистого нагрева С и D. Причем зона С нагревается от эмиттера 3 через установочные пазы 2, а зона D нагревается от эмиттера через окна 13.The x-ray tube cathode contains a cathode cup 1 with mounting grooves 2, emitters 3, current leads 4, ceramic bushings 5, split metal sleeves 6, locking screws 7, focusing electrode 8. Focusing electrode 8 is aligned with cathode cup 1 by means of a threaded connection 9, and between them a hollow annular channel 10 is placed. A getter in the form of a ring 11 is placed in the hollow annular channel, which can be made of a metal tape, metal wire, in the form of a metal porous ring or metal porous inserts 12. Windows 13 are made in the cathode cup 1, placed opposite the emitters 3 and communicating with the annular hollow channel 10. On the annular getter 11 and on the porous inserts 12, zones of radiant heating C and D are shown. Moreover, the zone C is heated from the emitter 3 through the mounting grooves 2, and the zone D is heated from the emitter through windows 13.

Пример. Разработана и изготовлена металлокерамическая рентгеновская трубка, в которой обезгаживание и активирование геттера производится следующим образом.Example. A ceramic-metal X-ray tube has been developed and manufactured, in which the outgassing and activation of the getter is carried out as follows.

На начальном этапе производится сборка катодного узла, в состав которого входят все детали, показанные на фиг.1.At the initial stage, the cathode assembly is assembled, which includes all the parts shown in Fig.1.

В разработанной металлокерамической рентгеновской трубке в качестве геттерного материала использована свернутая в кольцо лента из металлического тантала, которая помещена в кольцевой канал 10. Собранный катод устанавливается на металлокерамическую рентгеновскую трубку, которая после полной сборки поступает на вакуумирование и температурное обезгаживание. Поскольку катодная чашка 1 снабжена дополнительными окнами 13, зона эффективного температурного активирования геттера 11 увеличивается более чем в два раза, т.е. к зонам С добавляются зоны D.In the developed metal-ceramic X-ray tube, a metal tantalum tape rolled into a ring is used as a getter material, which is placed in the annular channel 10. The assembled cathode is installed on the metal-ceramic X-ray tube, which, after complete assembly, goes to evacuation and thermal outgassing. Since the cathode cup 1 is equipped with additional windows 13, the zone of effective temperature activation of the getter 11 more than doubles, i.e. zones D are added to zones C.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет создать простой по конструкции и недорогой в производстве катод рентгеновской трубки, обеспечивающий повышение емкости поглощения геттера за счет увеличения его активной поверхности при активировании и, соответственно, увеличение времени сохраняемости рабочего вакуума рентгеновской трубки. Увеличение времени сохраняемости вакуума является одним из факторов, увеличивающих ресурс рентгеновской трубки.Thus, the present invention makes it possible to create an X-ray tube cathode that is simple in design and inexpensive to manufacture, providing an increase in the absorption capacity of the getter due to an increase in its active surface upon activation and, accordingly, an increase in the retention time of the operating vacuum of the X-ray tube. An increase in the vacuum retention time is one of the factors that increase the resource of an X-ray tube.

Claims

X-ray tube cathode, consisting of a cathode cup, a focusing electrode, emitters placed in the mounting grooves of the cathode cup and fixed on current leads installed in ceramic bushings placed in seats made in the cathode cup, an annular hollow channel located between the outer surface of the cathode cup and the inner surface of the focusing electrode connected with the mounting slots of the cathode cup and the getter placed in the channel, characterized in that the cathode cup is equipped with additional windows placed against the emitters and communicating with the annular hollow channel and the mounting slots.