RU98633U1 - PULSE X-RAY GENERATOR - Google Patents
PULSE X-RAY GENERATOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU98633U1 RU98633U1 RU2010122698/07U RU2010122698U RU98633U1 RU 98633 U1 RU98633 U1 RU 98633U1 RU 2010122698/07 U RU2010122698/07 U RU 2010122698/07U RU 2010122698 U RU2010122698 U RU 2010122698U RU 98633 U1 RU98633 U1 RU 98633U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- ray
- cathode
- anode
- vacuum
- Prior art date
Links
Landscapes
- X-Ray Techniques (AREA)
Abstract
Генератор импульсного рентгеновского излучения, состоящий из рентгеновского излучателя в виде вакуумно-плотного электроизолирующего корпуса, в вакуумном объеме которого размещают диодную высоковольтную систему с катодом, закрепленным с электрическим контактом на высоковольтном вводе и установленным напротив анода - мишени, имеющей окно вывода рентгеновского излучения из вакуумного объема и генератора импульсов высокого напряжения, состоящего из источника высокого напряжения с накопительной электрической емкостью и формирователя высоковольтных импульсов напряжения, отличающийся тем, что в рентгеновской трубке катод выполнен точечным, с площадью эмиссионной поверхности не более 10-6 м2, анод выполнен в виде полого цилиндра, имеющего тонкостенный плоский торец из материала, прозрачного для рентгеновского излучения и на поверхность торцевого плоского прозрачного для рентгеновского излучения окна, со стороны вакуумного объема напротив точечного катода наносят рентгеновскую мишень, при этом расстояние между катодом и анодом не менее 5·10-4 м, а в генераторе импульсов высокого напряжения формирователь высоковольтных импульсов напряжения выполнен в виде высоковольтного газоразрядного либо вакуумного коммутатора, последовательно соединенного с первичной обмоткой импульсного высоковольтного трансформатора. A pulsed x-ray generator, consisting of an x-ray emitter in the form of a vacuum-tight electrically insulating body, in the vacuum volume of which a diode high-voltage system is placed with a cathode mounted with an electrical contact on the high-voltage input and installed opposite the target anode, which has a window for outputting x-ray radiation from the vacuum volume and a high voltage pulse generator, consisting of a high voltage source with an accumulative electric capacity and a driver high-voltage voltage pulses, characterized in that the x-ray tube has a cathode point, with an emission surface area of not more than 10-6 m2, the anode is made in the form of a hollow cylinder having a thin-walled flat end face made of a material that is transparent to x-ray radiation and onto the surface of the end flat transparent for x-ray radiation of the window, on the side of the vacuum volume, an x-ray target is applied opposite the point cathode, while the distance between the cathode and anode is at least 5 · 10-4 m, and in the pulse generator Exposure to extreme stresses of high voltage pulse generator is designed as a high-voltage gas discharge or vacuum switch connected in series with the primary winding of the high-voltage pulse transformer.
Description
Предлагаемая полезная модель является источником импульсов рентгеновского излучения и может быть использована в промышленном производстве (дефектоскопия), медицинской диагностике, научных исследованиях, в системах безопасности.The proposed utility model is a source of x-ray pulses and can be used in industrial production (flaw detection), medical diagnostics, scientific research, and security systems.
Известно устройство для генерации импульсного рентгеновского излучения (XR200) длительностью 5·10-8 секунды, заданной максимальной энергией рентгеновских квантов 200 кэВ и минимальным размером фокусного пятна рентгеновского излучателя 2 мм. Устройство состоит из рентгеновского излучателя (импульсной рентгеновской трубки) и генератора высоковольтных импульсов (Golden Ingineering Co. Pvt.Ltd., www.goldenengineering.com).A device for generating pulsed x-ray radiation (XR200) with a duration of 5 · 10 -8 seconds, a given maximum energy of x-ray quanta of 200 keV and a minimum focal spot size of an x-ray emitter of 2 mm is known. The device consists of an x-ray emitter (pulsed x-ray tube) and a high-voltage pulse generator (Golden Ingineering Co. Pvt. Ltd., www.goldenengineering.com).
Существенное ограничение в использовании данного устройства связано с большим линейным размером фокусного пятна, задающим низкую разрешающую способность рентгеновского излучателя, малой длительностью импульса излучения, ограничивающей эффективную дозу излучения и фиксированным значением максимальной энергии рентгеновских квантов.A significant limitation in the use of this device is associated with a large linear size of the focal spot, which determines the low resolution of the x-ray emitter, the short duration of the radiation pulse, limiting the effective dose of radiation and a fixed maximum energy of x-ray quanta.
Известен генератор импульсного рентгеновского излучения (патент на полезную модель РФ №80645, H05G 1/22, опубл. 10.02.2009), в состав которого входит импульсная рентгеновская трубка и генератор высоковольтных импульсных напряжений. Данное устройство позволяет получать рентгеновские импульсы с фиксированной максимальной энергией рентгеновских квантов, определяемой импульсным напряжением 200 кВ, ускоряющим электронный пучок в рентгеновской трубке. Длительность импульсов излучения составляет ~10-9 с, линейный размер фокусного пятна рентгеновского излучения 2 мм. Рентгеновская трубка представляет собой двухэлектродную систему - вакуумный высоковольтный диод с катодом в виде плоского диска и анодом в виде конусообразного протяженного стержня. Генератор высоковольтного импульсного напряжения состоит из первичного накопителя энергии с низковольтным коммутатором, импульсного высоковольтного трансформатора, разрядника-обострителя.A known generator of pulsed x-ray radiation (patent for a utility model of the Russian Federation No. 80645, H05G 1/22, publ. 02/10/2009), which includes a pulsed x-ray tube and a generator of high voltage pulse voltage. This device allows you to receive x-ray pulses with a fixed maximum energy of x-ray quanta, determined by a pulse voltage of 200 kV, accelerating the electron beam in the x-ray tube. The duration of the radiation pulses is ~ 10 -9 s, the linear size of the focal spot of the x-ray radiation is 2 mm. An X-ray tube is a two-electrode system - a vacuum high-voltage diode with a cathode in the form of a flat disk and an anode in the form of a cone-shaped extended rod. The generator of high-voltage pulse voltage consists of a primary energy storage device with a low-voltage switch, a pulse high-voltage transformer, a surge arrester.
Данное устройство имеет так же ряд существенных недостатков: не позволяет получать рентгеновские импульсы с регулируемой энергией рентгеновских квантов, т.к. для ускорения электронного пучка в рентгеновской трубке используется фиксированное импульсное напряжение амплитудой 200 кВ; длительность импульсов излучения составляет ~10-9 с, что резко снижает эффективную мощность излучения даже при частотно-импульсном включении генератора; линейный размер фокусного пятна рентгеновского излучения 2 мм резко снижает разрешающую способность устройства.This device also has a number of significant drawbacks: it does not allow to obtain x-ray pulses with adjustable energy of x-ray quanta, because to accelerate the electron beam in the x-ray tube, a fixed pulse voltage of 200 kV amplitude is used; the duration of the radiation pulses is ~ 10 -9 s, which sharply reduces the effective radiation power even when the frequency-pulse switching on of the generator; the linear size of the focal spot of x-ray radiation of 2 mm dramatically reduces the resolution of the device.
Настоящее устройство выбрано за прототип.This device is selected as a prototype.
В основу предлагаемой полезной модели положена задача создания генератора импульсного рентгеновского излучения, который позволяет обеспечить: генерацию импульсного рентгеновского излучения высокой интенсивности с линейным размером фокусного пятна излучателя 0.05-0.5 мм, с возможностью регулирования максимальной энергии рентгеновских квантов в диапазоне 10-150 кэВ и регулируемой длительностью импульсов рентгеновского излучения в пределах 10-8-10-6 с. При этом существенно снижаются габариты рентгеновского генератора по отношению к существующим образцам, прежде всего из-за малых размеров рабочих элементов рентгеновской трубки и высоковольтного генератора импульсных напряжений.The proposed utility model is based on the task of creating a pulsed X-ray generator, which allows: generation of high-intensity pulsed X-rays with a linear size of the emitter focal spot 0.05-0.5 mm, with the possibility of controlling the maximum energy of X-ray quanta in the range of 10-150 keV and adjustable duration X-ray pulses within 10 -8 -10 -6 s. At the same time, the dimensions of the X-ray generator are significantly reduced with respect to existing samples, primarily due to the small size of the working elements of the X-ray tube and high-voltage pulse voltage generator.
Решение задачи обеспечивается тем, что в генераторе импульсного рентгеновского излучения, состоящем из рентгеновского излучателя в виде вакуумно плотного электроизолирующего корпуса, в вакуумном объеме которого размещают диодную высоковольтную систему с катодом, закрепленным с электрическим контактом на высоковольтном вводе и установленным напротив анода - мишени, имеющей окно вывода рентгеновского излучения из вакуумного объема и генератора импульсов высокого напряжения, состоящего из источника высокого напряжения с накопительной электрической емкостью и формирователя высоковольтных импульсов напряжения, в рентгеновской трубке катод выполнен точечным, с площадью эмиссионной поверхности не более 10-6 м2, анод выполнен в виде полого цилиндра, имеющего тонкостенный плоский торец из материала, прозрачного для рентгеновского излучения и на поверхность торцевого плоского прозрачного для рентгеновского излучения окна, со стороны вакуумного объема, напротив точечного катода, наносят рентгеновскую мишень, при этом расстояние между катодом и анодом не менее 5-10-4 м, а в генераторе импульсов высокого напряжения формирователь высоковольтных импульсов напряжения выполнен в виде высоковольтного газоразрядного либо вакуумного коммутатора, последовательно соединенного с первичной обмоткой импульсного высоковольтного трансформатора.The solution to the problem is provided by the fact that in a pulsed x-ray generator, consisting of an x-ray emitter in the form of a vacuum-tight electrically insulating body, in the vacuum volume of which a diode high-voltage system is placed with a cathode mounted with an electrical contact on the high-voltage input and installed opposite the target anode, which has a window the output of x-ray radiation from the vacuum volume and the high voltage pulse generator, consisting of a high voltage source with storage th capacitance and high-voltage pulse generator, in a cathode ray tube is formed by a point, with the emission surface area of not more than 10 -6 m 2, the anode is formed as a hollow cylinder having flat end of a thin-walled material transparent to X-rays and the surface of the end a flat window, transparent for x-ray radiation, from the side of the vacuum volume, opposite the point cathode, an x-ray target is applied, the distance between the cathode and anode not less than 5-10 -4 m, and a high voltage pulse generator, a shaper of high voltage voltage pulses is made in the form of a high voltage gas discharge or vacuum switch, connected in series with the primary winding of a pulse high voltage transformer.
Указанные отличия обеспечивают решение поставленной задачи.These differences provide a solution to the problem.
Использование точечного катода с жестко ограниченной эмиссионной поверхностью совместно с анодом в виде полого цилиндра обеспечивает импульсный электронный ток ~10-102 А на мишень, нанесенную на торцевую поверхность анода - мишени. При этом плотность тока электронного пучка на аноде ~102-104 А/см2 позволяет получать за импульс дозу рентгеновского излучения ~10-1 Рентген.The use of a point cathode with a strictly limited emission surface together with an anode in the form of a hollow cylinder provides a pulsed electron current of ~ 10-10 2 A to the target deposited on the end surface of the anode - the target. Moreover, the current density of the electron beam at the anode is ~ 10 2 -10 4 A / cm 2 allows you to get a dose of x-ray radiation of ~ 10 -1 X-ray per pulse.
Общая геометрия диодной системы рентгеновской трубки рассчитана таким образом, что позволяет получать фокусное пятно рентгеновского излучателя не более 0,5 мм.The general geometry of the diode system of the x-ray tube is designed in such a way that allows to obtain the focal spot of the x-ray emitter no more than 0.5 mm.
Расстояние катод - анод ~10-4-10-2 м обеспечивает устойчивую работу излучателя при импульсных напряжениях 10-140 кВ и длительности импульсов напряжения ~10-8-10-6 с.The cathode – anode distance of ~ 10 −4 −10 −2 m ensures stable operation of the emitter at pulsed voltages of 10–140 kV and voltage pulse durations of ~ 10 −8 −10 −6 s.
Рентгеновская трубка представляет собой систему, состоящую из двух электродов: катода и анода - мишени, при этом мишень нанесена в виде тонкой пленки на торцевую поверхность анода, представляющую собой твердотельный плоский диск, прозрачный для рентгеновского излучения.An X-ray tube is a system consisting of two electrodes: a cathode and a target anode, with the target deposited in the form of a thin film on the end surface of the anode, which is a solid-state flat disk that is transparent to x-ray radiation.
На аноде - мишени энергия электронного пучка, источником которого является катод, преобразуется в энергию рентгеновского излучения. Электродная система катод - анод размещена в вакуумной колбе, изготовленной из вакуумного электроизолирующего материала, который обеспечивает электрическую изоляцию анода от катода. Катод закреплен с электрическим контактом на высоковольтном вводе и обеспечивает эффективную работу рентгеновской трубки при давлении остаточных газов в вакуумной колбе ~10-4-10-7 Торр. Предлагаемая рентгеновская трубка работает без принудительного охлаждения анода - мишени. Испытания устройства в условиях максимальной интенсивности рентгеновского излучения показали рабочий ресурс ~104 импульсных включений.At the target anode, the energy of the electron beam, whose source is the cathode, is converted into X-ray energy. The cathode-anode electrode system is placed in a vacuum flask made of a vacuum electrically insulating material that provides electrical insulation of the anode from the cathode. The cathode is mounted with an electrical contact on the high-voltage input and ensures the effective operation of the X-ray tube at a residual gas pressure in the vacuum bulb of ~ 10 -4 -10 -7 Torr. The proposed x-ray tube operates without forced cooling of the target anode. Tests of the device under conditions of maximum x-ray intensity showed a working life of ~ 10 4 pulse inclusions.
Полезная модель поясняется фиг.1, на которой приведена схема конструкции рентгеновской трубки, содержащей вакуумную колбу 1 из электроизолирующего вакуумного материала, например, из стекла или керамики, с внутренним вакуумным объемом. В вакуумном объеме находятся катод (2). Напротив катода находится торцевая поверхность анода (3), на которую нанесена мишень (4). На торцевой поверхности анода используется вакуумноплотный материал, прозрачный для рентгеновского излучения, например бериллий. Катод закреплен на высоковольтном электрическом вводе (5) с электрическим контактом. Электрический контакт с анодом 3 обеспечивается через внешнюю боковую поверхность анода. Анод - мишень 4 выполнен из электропроводящего материала и выполняет одновременно с анодной функцию преобразователя энергии электронного пучка в энергию рентгеновского излучения. Катод 2 подключен через высоковольтный ввод к генератору импульсного напряжения. Анод заземлен. Генератор импульсного напряжения, блок-схема которого представлена на чертеже (фиг.1), состоит из высоковольтного блока питания 5, сильноточного высоковольтного коммутатора II и повышающего напряжение импульсного трансформатора III. Высоковольтный блок питания 5 состоит из источника постоянного напряжения 1-4 кВ (ИПН), который работает от источника постоянного (аккумулятор или сеть), либо переменного напряжения 12-220 В и заряжаемой этим источником через активное сопротивление R накопительной емкости С. Сильноточный высоковольтный коммутатор II - газоразрядный прибор, рассчитанный на управляемую коммутацию, либо на коммутацию при самопробое с обеспечением токов коммутации не менее 2000 А. Время коммутации ~10-8-10-6 с.A useful model is illustrated in figure 1, which shows the design of an x-ray tube containing a vacuum flask 1 of an electrically insulating vacuum material, for example, glass or ceramic, with an internal vacuum volume. The cathode (2) is in the vacuum volume. Opposite the cathode is the end surface of the anode (3), on which the target (4) is applied. On the end surface of the anode, a vacuum-tight material is used that is transparent to x-rays, such as beryllium. The cathode is mounted on a high voltage electrical input (5) with an electrical contact. Electrical contact with the anode 3 is provided through the outer side surface of the anode. The anode - target 4 is made of electrically conductive material and simultaneously performs the function of converting the energy of the electron beam into x-ray energy from the anode. Cathode 2 is connected through a high voltage input to a pulse voltage generator. The anode is grounded. The pulse voltage generator, the block diagram of which is shown in the drawing (Fig. 1), consists of a high-voltage power supply 5, a high-current high-voltage switch II and a voltage boosting pulse transformer III. High-voltage power supply 5 consists of a source of direct voltage 1-4 kV (IPN), which operates from a constant source (battery or mains), or an alternating voltage of 12-220 V and charged by this source through storage resistance R of storage capacity C. High-current high-voltage switch II - gas-discharge device, designed for controlled switching, or for switching during self-test with ensuring switching currents of at least 2000 A. Switching time ~ 10 -8 -10 -6 s.
Высоковольтный импульс напряжения отрицательной полярности подается с высоковольтного импульсного генератора через высоковольтный ввод на точечный катод 2 рентгеновской трубки. Анод - мишень 4 заземлен. Импульс напряжения вызывает интенсивную электронную эмиссию с катода 2 (эмиссионный ток с катода 10-100 А) и последующее формирование электронного пучка в промежутке анод (мишень) 4 - катод 2 в соответствии с геометрией диодного промежутка. Электронный пучок, попадая на рабочую поверхность анода - мишени 4, взаимодействует с материалом мишени 4, вызывая генерацию рентгеновского излучения, выходящего через окно, прозрачное для рентгеновских квантов.A high-voltage pulse of negative polarity voltage is supplied from the high-voltage pulse generator through the high-voltage input to the point cathode 2 of the x-ray tube. Anode - target 4 is grounded. The voltage pulse causes intense electron emission from cathode 2 (emission current from cathode 10-100 A) and the subsequent formation of an electron beam in the gap of the anode (target) 4 - cathode 2 in accordance with the geometry of the diode gap. An electron beam falling on the working surface of the anode - target 4 interacts with the material of the target 4, causing the generation of x-ray radiation emerging through a window transparent to x-ray quanta.
По конструкции предлагаемого устройства разработан и изготовлен действующий макет. Испытания макета показали его работоспособность и возможность получения указанных выше параметров, что подтверждает соответствие предлагаемой полезной модели критерию "промышленная применимость".According to the design of the proposed device, a working model was developed and manufactured. Tests of the layout showed its efficiency and the ability to obtain the above parameters, which confirms the compliance of the proposed utility model with the criterion of "industrial applicability".
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010122698/07U RU98633U1 (en) | 2010-05-27 | 2010-05-27 | PULSE X-RAY GENERATOR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010122698/07U RU98633U1 (en) | 2010-05-27 | 2010-05-27 | PULSE X-RAY GENERATOR |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98633U1 true RU98633U1 (en) | 2010-10-20 |
Family
ID=44024411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010122698/07U RU98633U1 (en) | 2010-05-27 | 2010-05-27 | PULSE X-RAY GENERATOR |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU98633U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2563879C1 (en) * | 2014-03-12 | 2015-09-27 | Николай Дмитриевич Жуков | Miniature x-ray source |
| USD831505S1 (en) | 2014-02-21 | 2018-10-23 | Mars, Incorporated | Tray |
| RU204394U1 (en) * | 2019-05-21 | 2021-05-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Томск" (ООО "Газпром трансгаз Томск") | X-ray generator |
-
2010
- 2010-05-27 RU RU2010122698/07U patent/RU98633U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USD831505S1 (en) | 2014-02-21 | 2018-10-23 | Mars, Incorporated | Tray |
| RU2563879C1 (en) * | 2014-03-12 | 2015-09-27 | Николай Дмитриевич Жуков | Miniature x-ray source |
| RU204394U1 (en) * | 2019-05-21 | 2021-05-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Томск" (ООО "Газпром трансгаз Томск") | X-ray generator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Silva et al. | Neutron emission from a fast plasma focus of 400 joules | |
| RU119935U1 (en) | MANAGED DISCHARGE | |
| RU98633U1 (en) | PULSE X-RAY GENERATOR | |
| US5014289A (en) | Long life electrodes for large-area x-ray generators | |
| SU1022236A1 (en) | Soft x-radiation source | |
| ATE341186T1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR IMPACT COMPRESSING A SUBSTANCE AND PLASMA CATHODE THEREFOR | |
| RU199119U1 (en) | Pulsed piezoelectric accelerator | |
| RU2376731C1 (en) | Device for generating pulsed beams of high-speed electrons in air gap at atmospheric pressure | |
| RU141586U1 (en) | PULSED SOURCE OF X-RAY RADIATION OF NANOSECOND DURATION | |
| RU2284071C1 (en) | X-ray pulse generator | |
| RU134728U1 (en) | FORWARE SOURCE OF PULSE ELECTRON BEAM | |
| RU2553088C1 (en) | Braking radiation pulse shaping device | |
| CN214070221U (en) | 1MV pulse type portable X-ray machine | |
| RU2362277C1 (en) | Method of neutron burst generation | |
| RU98637U1 (en) | LASER | |
| RU209775U1 (en) | Pulsed piezoelectric X-ray source | |
| SU819850A1 (en) | X-ray pulse sorce | |
| SU1059635A1 (en) | Pulse x-ray tube | |
| SU865110A1 (en) | Impulse source of neutrons | |
| Kovalchuk et al. | Plasma-filled diode with a rod anode for repetitive pulsed X-ray sources | |
| RU121813U1 (en) | DEVICE FOR MODIFICATION OF SOLID SURFACE | |
| RU2370001C1 (en) | Plasma source of penetrating radiation | |
| CN110534387B (en) | Ferroelectric ceramic cluster electron emitter | |
| RU26685U1 (en) | PULSE X-RAY TUBE | |
| RU2045132C1 (en) | Pulse x-ray generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20120528 |
|
| NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20130727 |
|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20140528 |