RU80067U1

RU80067U1 - X-ray tube

Info

Publication number: RU80067U1
Application number: RU2008127562/22U
Authority: RU
Inventors: Андрей Николаевич Бороздин; Вадим Львович Кузнецов; Николай Олегович Романов; Олег Михайлович Шабанов; Денис Владимирович Овцын
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Эвирт"
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2009-01-20

Abstract

Рентгеновская трубка. Может быть использована в медицинской диагностике и терапии, стоматологии, технической диагностике, охранных системах. Трубка содержит вакуумный корпус с торцевым выходным окном, имеющим защитное протяженное отверстие, внутри корпуса расположен охлаждаемый охлаждаемый посредством патрубка неподвижный анод с рабочим поверхностным металлическим слоем, вокруг анода размещен катодный узел, образованный двумя нитями накала, между анодом и катодным узлом смонтирован фокусирующий электрод в виде сплошного полого цилиндра, при этом патрубок представляет собой теплопроводный стержень, диаметр теплопроводного стержня не менее, чем в два раза превышает диаметр анода, защитное протяженное отверстие имеет форму цилиндра, причем отношение диаметра протяженного защитного отверстия к его длине составляет 0,2÷0,5, а отношение диаметра катодного узла к диаметру протяженного защитного составляет 2,5÷20. Предложенные форма и геометрия элементов трубки позволяют упростить ее конструкцию, сохранив высокий срок эксплуатации и возможности формирования размеров фокуса.X-ray tube. It can be used in medical diagnostics and therapy, dentistry, technical diagnostics, security systems. The tube contains a vacuum casing with an end outlet window having a long protective hole; a stationary anode cooled by a pipe with a working surface metal layer is located inside the casing; a cathode assembly formed by two filaments is placed around the anode; a focusing electrode is mounted between the anode and the cathode assembly in the form continuous hollow cylinder, while the pipe is a heat-conducting rod, the diameter of the heat-conducting rod is not less than two times the diameter p anode protective extended opening having a shape of a cylinder, wherein the ratio of the diameter of the extended guard opening to its length is 0.2 ÷ 0.5, and the cathode assembly to diameter ratio of the diameter of the extended guard is 2,5 ÷ 20. The proposed shape and geometry of the tube elements make it possible to simplify its design, while maintaining a high service life and the possibility of forming focus sizes.

Description

Полезная модель относится к рентгенотехнике, в частности, к рентгеновским трубкам, и может быть использована в медицинской диагностике и терапии, стоматологии, технической диагностике, охранных системах.The utility model relates to x-ray technology, in particular, to x-ray tubes, and can be used in medical diagnostics and therapy, dentistry, technical diagnostics, security systems.

Известна рентгеновская трубка (RU 2257638, публ. 2005 г.) /1/. Трубка содержит вакуумный корпус с торцевым выходным окном, имеющим защитное протяженное отверстие, охлаждаемый с помощью патрубка неподвижный анод с рабочим поверхностным металлическим слоем, вокруг которого размещен катодный узел, образованный двумя нитями накала, между анодом и катодным узлом смонтирован фокусирующий электрод в виде сплошного полого цилиндра. Причем, корпус в зоне выходного окна снабжен экранирующей перегородкой. Срок эксплуатации известной трубки в виде наработки трубки на отказ составляет не более 8000 циклов, притом, что установка экранирующих перегородок усложняет изготовление трубки.Known x-ray tube (RU 2257638, publ. 2005) / 1 /. The tube contains a vacuum housing with an end outlet window having a long protective hole, a stationary anode cooled by a pipe with a working surface metal layer, around which a cathode assembly formed by two filaments is placed, a focusing electrode in the form of a continuous hollow cylinder is mounted between the anode and the cathode assembly . Moreover, the housing in the area of the exit window is equipped with a shielding partition. The life of the known tube in the form of the time between failures of the tube is not more than 8000 cycles, despite the fact that the installation of shielding partitions complicates the manufacture of the tube.

Наиболее близкой к заявляемому решению является рентгеновская трубка (RU 56717, публ. 2006 г.) /2/, обладающая сроком эксплуатации - не менее 12500 циклов, с возможностями формирования размеров фокуса, не имеющая экранирующих перегородок. Указанные преимущества известной трубки /2/ достигаются за счет охлаждения анода патрубком, представляющим собой теплопроводный медный стержень, притом, что защитное протяженное отверстие выходного окна корпуса трубки выполнено в форме прямого или обратного конуса с конусностью, величина которой зависит от входного и выходного диаметров защитного протяженного отверстия, его длины, а выходной диаметр защитного протяженного отверстия зависит от диаметра катодного узла.Closest to the claimed solution is an X-ray tube (RU 56717, publ. 2006) / 2 /, with a service life of at least 12,500 cycles, with the possibility of focus size formation, without shielding partitions. The indicated advantages of the known tube / 2 / are achieved by cooling the anode with a pipe representing a heat-conducting copper rod, despite the fact that the protective long opening of the output window of the tube body is made in the form of a forward or reverse cone with a taper, the value of which depends on the input and output diameters of the protective long holes, its length, and the output diameter of the protective long holes depends on the diameter of the cathode assembly.

Практическая реализация конусности защитного протяженного отверстия Practical implementation of the taper of a protective long hole

выходного окна корпуса трубки сопряжена со сложностью изготовления. Поэтому задачей настоящего технического решения является упрощение конструкции при сохранении таких преимуществ, как высокий срок эксплуатации и возможности формирования размеров фокуса.the exit window of the tube body is fraught with manufacturing complexity. Therefore, the objective of this technical solution is to simplify the design while maintaining such advantages as a high lifetime and the possibility of forming focus sizes.

Для этого рентгеновская трубка содержит вакуумный корпус с торцевым выходным окном, имеющим защитное протяженное отверстие, внутри корпуса расположен охлаждаемый посредством патрубка неподвижный анод с рабочим поверхностным металлическим слоем, вокруг анода размещен катодный узел, образованный двумя нитями накала, между анодом и катодным узлом смонтирован фокусирующий электрод в виде сплошного полого цилиндра. Трубка отличается тем, что диаметр теплопроводного стержня не менее, чем в два раза превышает диаметр анода, защитное протяженное отверстие имеет форму цилиндра, причем отношение диаметра протяженного защитного отверстия к его длине составляет 0,2÷0,5, а отношение диаметра катодного узла к диаметру протяженного защитного отверстия составляет 2,5÷20.To this end, the x-ray tube contains a vacuum housing with an end exit window having a long protective hole, a stationary anode cooled by a pipe with a working surface metal layer is located inside the housing, a cathode assembly formed by two filaments is placed around the anode, a focusing electrode is mounted between the anode and the cathode assembly in the form of a continuous hollow cylinder. The tube is characterized in that the diameter of the heat-conducting rod is not less than twice the diameter of the anode, the protective long hole has the shape of a cylinder, and the ratio of the diameter of the extended protective hole to its length is 0.2 ÷ 0.5, and the ratio of the diameter of the cathode assembly to the diameter of the extended protective hole is 2.5 ÷ 20.

Предложенные форма и геометрия элементов трубки позволяют упростить ее конструкцию, сохранив высокий срок эксплуатации и возможности формирования размеров фокуса.The proposed shape and geometry of the tube elements make it possible to simplify its design, while maintaining a high service life and the possibility of forming focus sizes.

Полезная модель иллюстрируется рисунком, на котором представлена схема рентгеновской трубки.The utility model is illustrated in the figure, which shows the layout of the x-ray tube.

Трубка содержит вакуумный объем 1, корпус 2 с торцевым выходным окном 3, выполненным из стали или бериллия. Внутри корпуса 2 расположен, охлаждаемый с помощью патрубка, представляющего собой теплопроводящий медный стержень, неподвижный анод 4. На поверхность анода 4 различными методами (сварка взрывом, диффузионная сварка, сварка электронным лучом в вакууме) нанесен рабочий металлический слой 7. Рабочий поверхностный слой 7 анода 4 в зависимости от задачи, под которую изготавливается рентгеновская трубка, выполняется из однородного металла: Си, Ag, Mg, Al, Pb, V, Cr, W, Fe, Rh или др. Вокруг анода 4 размещен катодный узел 6, The tube contains a vacuum volume 1, a housing 2 with an end exit window 3 made of steel or beryllium. Inside the housing 2 is located, cooled by means of a pipe, which is a heat-conducting copper rod, a fixed anode 4. On the surface of the anode 4 by various methods (explosion welding, diffusion welding, electron beam welding in vacuum) a working metal layer is applied 7. The working surface layer 7 of the anode 4, depending on the task for which the x-ray tube is made, is made of a homogeneous metal: Cu, Ag, Mg, Al, Pb, V, Cr, W, Fe, Rh or others. Around the anode 4 there is a cathode assembly 6,

образованный нитями накала. Катодный узел 6 установлен ниже уровня поверхности анода 4 на 0,1-1 мм. Между анодом 4 и катодным узлом 6 смонтирован фокусирующий электрод 5, выполненный в виде сплошного полого цилиндра, охватывающего с зазором анод 4, причем уровень верхней кромки фокусирующего электрода 5 смещен вверх относительно поверхности анода 4 на 0,05-1 мм. Корпус 2 в зоне торцевого выходного окна 3, имеет защитное протяженное отверстие в форме цилиндра, формирующего требуемый размер фокусного пятна. При увеличении рабочей мощности увеличивается и диаметр катодного узла.formed by filaments. The cathode assembly 6 is mounted below the surface level of the anode 4 by 0.1-1 mm. A focusing electrode 5 is mounted between the anode 4 and the cathode assembly 6, made in the form of a continuous hollow cylinder, covering the anode 4 with a gap, the level of the upper edge of the focusing electrode 5 being shifted upward from the surface of the anode 4 by 0.05-1 mm. The housing 2 in the area of the end exit window 3 has a protective long hole in the form of a cylinder, which forms the required size of the focal spot. With an increase in operating power, the diameter of the cathode assembly also increases.

В качестве материала для рабочего поверхностного слоя анода могут применяться различные металлы: вольфрам - для рентгеноскопии костей и обнаружения дефектов в сталях, серебро - для диагностики и терапии остеопороза, мягкой детской рентгеноскопии, флуоресцентного анализа, алюминий и магний - для рентгенографической фотоэлектронной спектроскопии, свинец - для флуоресцентного анализа на серу и фосфор, медь, хром и железо - для рентгеноструктурного анализа и т.д.Various metals can be used as a material for the working surface layer of the anode: tungsten - for bone x-ray and detection of defects in steels, silver - for the diagnosis and treatment of osteoporosis, soft pediatric fluoroscopy, fluorescence analysis, aluminum and magnesium - for X-ray photoelectron spectroscopy, lead - for fluorescence analysis for sulfur and phosphorus, copper, chromium and iron - for x-ray analysis, etc.

Рентгеновская трубка работает следующим образом. Посредством токопроводов электрический ток поступает на одну из нитей накала катодного узла 6, расположенную напротив рабочего поверхностного металлического слоя неподвижного анода 4, материал которого обеспечивает генерацию излучения с требуемой длиной волны. Вокруг нагретой нити накала катодного узла 6 образуется электронное облако, которое при наличии нулевого потенциала за счет провисания электрического поля от анода 4 в зазор между фокусирующим электродом 5 и корпусом 2 вытягивается в сторону анода 4 и фокусируется на его рабочем поверхностном металлическом слое. Электроны с энергией, определяемой потенциалом анода 4, тормозятся в веществе его рабочего слоя, в результате чего возбуждается характеристическое рентгеновское излучение (в основном К серия), свойственное материалу поверхностного слоя. Рентгеновское излучение выводится через выходное окно 3, защитное протяженное отверстие которого в форме цилиндра формирует размеры фокуса.X-ray tube works as follows. Through current leads, an electric current is supplied to one of the filaments of the cathode assembly 6, located opposite the working surface metal layer of the fixed anode 4, the material of which provides the generation of radiation with the desired wavelength. An electron cloud is formed around the heated filament of the cathode assembly 6, which, in the presence of a zero potential due to the sagging of the electric field from the anode 4, extends into the gap between the focusing electrode 5 and the casing 2 towards the anode 4 and focuses on its working surface metal layer. Electrons with energy determined by the potential of the anode 4 are decelerated in the material of its working layer, as a result of which characteristic x-ray radiation (mainly K series), which is characteristic of the material of the surface layer, is excited. X-ray radiation is output through the exit window 3, the protective long opening of which in the form of a cylinder forms the dimensions of the focus.

Ниже в таблице 1 представлены примеры трубок с заявленными и отличными от заявленных размерами.
ТаблицаTable 1 below shows examples of tubes with declared and different sizes from those stated.
Table Наименование параметра трубки, ед. изм.Name of the parameter of the tube, units rev. Трубки по примерамHandset examples 1one 22 33 4four 55 66 Диаметр теплопроводящего медного стержня, D1, мм.Diameter of a heat-conducting copper rod, D1, mm. 66 66 66 55 4four 88 Диаметр анода, d1, мм.The diameter of the anode, d1, mm. 33 33 33 33 33 33 Диаметр протяженного защитного отверстия, d, мм.Diameter of an extended protective hole, d, mm. 2.52.5 2,52.5 2.52.5 2.52.5 2.52.5 2.52.5 Длина протяженного защитного отверстия, L, мм.The length of the extended protective hole, L, mm. 12.512.5 66 55 20twenty 4.14.1 2.52.5 Диаметр катодного узла, D,мм.The diameter of the cathode assembly, D, mm. 50fifty 2626 6.256.25 5555 55 6060 Срок эксплуатации трубки, число цикловTube life, number of cycles 1250012500 1250012500 1250012500 80008000 80008000 80008000 Размеры фокуса, мм.Focus sizes, mm. 0.50.5 0.20.2 0.10.1 1.51.5 1one 22

Как видно из представленной таблицы, при соблюдении условия, что диаметр теплопроводного стержня в два раза превышает диаметр анода, отношение диаметра протяженного защитного отверстия к его длине составляет 0,2÷0,5, а отношение диаметра катодного узла к диаметру протяженного защитного отверстия составляет 2,5÷20 (примеры 1, 2, 3) достигается высокий срок эксплуатации трубки 12500 циклов и размеры фокуса, способствующие качественному разрешению. При выходе указанных размеров трубки за пределы заявленных (примеры 4, 5, 6), срок службы трубки снижается до 8000 циклов, а увеличение размера фокуса может привести к снижению разрешения. В этом случае, упрощение конструкции трубки теряет смысл.As can be seen from the table, subject to the condition that the diameter of the heat-conducting rod is twice the diameter of the anode, the ratio of the diameter of the extended protective hole to its length is 0.2 ÷ 0.5, and the ratio of the diameter of the cathode assembly to the diameter of the extended protective hole is 2 , 5 ÷ 20 (examples 1, 2, 3) achieved a high tube life of 12500 cycles and focus sizes that contribute to high-quality resolution. When the specified tube sizes exceed the declared limits (examples 4, 5, 6), the tube service life is reduced to 8000 cycles, and an increase in focus size can lead to a decrease in resolution. In this case, simplifying the design of the tube loses its meaning.

Claims

An X-ray tube containing a vacuum housing with an end exit window having a long protective hole, a stationary anode cooled by a pipe with a working surface metal layer is located inside the housing, a cathode assembly formed by two filaments is placed around the anode, a focusing electrode is mounted between the anode and the cathode assembly in the form of a continuous hollow cylinder, the pipe being a heat-conducting rod, characterized in that the diameter of the heat-conducting rod is not less than twice the diameter of the anode, the protective extended hole has a cylindrical shape, wherein the ratio of the diameter of the extended guard opening to its length is 0.2 ÷ 0.5, and the diameter of the cathode assembly to diameter ratio of the holes is extended protective 2,5 ÷ 20.