SU819850A1 - Источник импульсов рентгеновскогоизлучЕНи - Google Patents

Description

(54) ИСТОЧНИК ИМПУЛЬСОВ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

I

Изобретение относитс  к области технической физики, преимущественно к импульсной технике и электрофизике, и может быть использовано в импульсной высокоскоростной рентгенографии в биологии, медицине, и тонкой технологии дл  получени  импульсов рентгеновского излучени  при исследовании быстропротекающих процессов и в других област х науки и техники. Устройство может быть использовано особенно эффективно при получении импульсов м гкого рентгеновского излучени  большой интенсивности .

В современной технической физике дл  получени  рентгеновского излучени  используютс  в основном несколько типов устройств , а именно рентгеновские аппараты непрерывного и импульсного действи , синхротроны , устройства, использующие в качестве рентгеновского излучател  лазерную плазму или различные р-адиоактивные препараты .

Известно устройство импульсного рентгеновского аппарата, использующего в качестве источника импульсного электропитани  генератор высоковольтных импульсов

напр жени , а в качестве рентгеновской трубки - двухэлектродную трубку, катод которой представл ет собой цилиндр с острым краем, охватывающий анод«вольфрамовую иглу, расположенную вдоль оси трубки. Катод и анод разделены вакуумным промежутком . При подаче импульса напр жени , когда между катодом и анодом оказываетс  приложенным полное напр жение, из острого кра  катода под действием электрического пол  начинают вырыватьс  электроны, которые бомбардируют анодную иглу. В результате возникает рентгеновское излучение с максимумом, направленным по оси трубки. Диаметр излучател  составл ет величину 1 мм 1.

Однако устройство генерирует импульсы рентгеновского излучени  с больщой эффективной энергией (в несколько дес тков кэВ) и невысокой интенсивностью Юшр за импульс, устройство не может  вл тьс  источником импульсов интенсивного м гкого рентгеновского излучени , предъ вл ютс  жесткие требовани  к вакуумированию рентгеновской трубки, невозможно получить прот женную излучающую поверхность, длительность рентгеновского импульса велика (vO,5 икс). Дл  получени  импульсов м гкого рентгеновского излучени  большой интенсивности используют устройства, состо щие из вакуумной камеры, в которую помещают мишень , и мощного импульсного лазера. Работа устройства состоит в следующем. Лазерный луч больщой мощности фокусируют на мишени. В результате образуетс  гор ча  плазма из материала мишени, котора  и служит источником м гкого рентгеновского излучени  2. Основными недостатками данного устройства  вл ютс  большие габариты установки и ее больша  стоимость. . Наиболее близким техническим решением  вл етс  источник импульсов рентгеновского излучени , содержащий импульсный источник электропитани , катод и анод, разделенные диэлектриком. Катод трубки выпол нен в виде цилиндра с острыми кра ми, направленными в сторону анода-металлической фольги. Анод и катод разделены вакуумным промежутком 4 мм. Устройство работает следующим образом . От генератора высоковольтных импульсов на катод трубки подаетс  отрицательный импульс напр жени  с амплитудой кВ и скоростью нарастани  напр жени  Ю . Вблизи острых краев катода по механизму взрывной эмиссии возникает прикатодна  плазма, электроны которой ускор ютс  в электрическом поле межэлектродного промежутка, затем бомбардируют анод, генериру  рентгеновское излучение . Доза за один импульс составл ет величину -10 тР, длительность рентгеновской вспышки равна не, диаметр рентгеновского излучател  3 мм, эффективна  энерги  рентгеновских квантов составл ет величину (70-100) кэВ 3. Описанное устройство предназначено дл  получени  импульсов рентгеновского излучени  сравнительно большой интенсивности при невысокой эффективной энергии рентгеновских квантов (70-100) кэВ, что св зано с физикой возникновени  эффекта взрывной эмиссии в рентгеновской трубке данного типа . Величина напр женности электрического пол  вблизи микроострий катода должна составл ть величину () В/см, что приводит к .большой величине амплитуды импульса напр жени  100 кВ и, как следствие этого, к высокой эффективной энергии рентгеновских квантов. Кроме того, в этом устройстве предъ вл ютс  жесткие требовани  к вакуумированию и излучение в трубке носит точечный характер. Целью изобретени   вл етс  увеличение излучающей поверхности при одновременном увеличении интенсивности излучени . Поставлсппа  цель достигаетс  тем, что источник импульсов рентгеновского .излучени , содержащий источник импульсного электропитани , катод и анод, разделенные диэлектриком, конструктивно выполн ете так, что упом нутый диэлектрик выполнен -в виде диска, одна сторона которого покрыта токопровод щим слоем, соединенным с анодом , а на противоположной стороне в центре расположен катод с кра ми, прижатыми к поверхности диска, соединенный с источником питани  через отверстие, выполненное в середине диска. Эксперименты показали, что при подаче на катод отрицательного импульса напр жени  с амплитудой, обеспечивающей примерно трехкратное превыщение напр жени  статического пробо  Уст промежутка анод-катод, и скоростью нарастани  фронта импульса --4- 3 10 В/с, с 1 атода происходит развитие диффузного (многоканального ) скольз щего разр да, скорость продай жени  головки которого см/с. При описанных выше услови х формировани  многоканального скольз щего разр да за счет большой величины тангенциаль ной составл ющей напр женности электрического пол  в головке скольз щего разр да (10 10 В/см) создаютс  услови  дл  интенсивной генерации быстрых электронов, энерги  которых во много раз превосходит энергию электронов в канале обычного газового разр да. Причем в силу многоканальности разр да величина амплитуды .тока, св занна  с потоком быстрых электронов, достигает величины единиц кА. Присутствие быстрых электронов в скольз щем разр де и обеспечивает по вление рентгеновского излучени , а их количество большую интенсивность ( Вт с см излучающей поверхности ). На фиг. 1 изображен предложенный источник импульсов рентгеновского излучени , вид сверху; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1. Источник импульсов рентгеновского излучени  содержит заземленный электрод (анод) 1, плазму скольз щего разр да 2, высоковольтный электрод (катод) 3, диэлектрический диск 4, токопровод щий слой 5, изол ционную втулку 6 и генератор 7 высоковольтных импульсов напр жени . Цифрой 8 помечено направление максимальной интенсивности излучени . Устройсуво работает следующим образом. На высоковольтный электрод 3 от генератора 7 высоковольтных импульсов напр жени  подаетс  импульс отрицательной пол рности, обеспечивающий формирование диффузионного или многоканального скольз щего по поверхности диэлектрика 4 разр да, который и  вл етс  источником рентгеновского излучени  8. Проведенные эксперименты показали, что дл  получени  интенсивного рентгеновского излучени  необходимо , чтобы импульс высокого напр жени  имел такие параме7ры (амплитуду,скорость нарастани  напр жени ), при которых обеспечиваетс  скорость непрерывного продвижени  головки разр да, стартовавшего с отрицательного электрода, больша  10 см/с

Максимальна  интенсивность рентгеновского излучени  направлена перпендикул рно плоскости диэлектрического диска. Возможна регулировка интенсивности излучени  и его жесткости путем изменени  амплитуды напр жени , и толш,ины диэлектрического диска.

Были проведены испытани  опытного образца предложенного устройства. Катод диаметром 40 мм размещалс  на диэлектрическом диске, выполненном из оргстекла ( 2,2) толщиной от 1,5 до-30 мм и металлизированного с одной стороны гетинакса () толщиной 1,25; 2, 5 мм. Диаметр анода измен лс  от 50 до 180 мм, при этом излучающа  поверхность измен лась от 7,7 до 242 см 2. Разр д формировалс  под действием отрицательного импульса напр жени  амплитудой с:160 кВ с , длительность1о 35 не. Разр дный промежуток находилс  на воздухе при атмосферном давлении.

Дл  каждой толщины диэлектрика, межэлектродного рассто ни  проводились серии опытов с фиксацией полученного рентгеновского излучени  на рентгеновскую пленку типа РМ-1. Экспозиционна  доза излучени  за один импульс при оптимальных услови х равн лась «0,7Р за импульс, эффективна  энерги  излучени  составл ла 5 кэВ. Мощность рентгеновского излучени  5 кВт.

Техническа - эффективность устройства состоит в том, что оно дает возможность получать поток рентгеновского излучени  большой площади с небольшим углом расхождени  10°, излучение имеет короткую длительность , пор дка нескольких дес тков наносекунд , и может использоватьс  в аппаратуре дл  исследовани  объектов с временным разрешением . Особенно перспективно применение устройства в качестве источника импульсов м гкого рентгеновского излучени  с эффективной энергией в единицы кэВ и, экспозиционной дозой за один импульс 1 Р. Устройство может работать как при атмосферном давлении газа, так и в вакууме. Устройство позвол ет получить как одиночные импульсы рентгеновского излучени , так и периодические, в зависимости от работы высоковольтного генератора напр жени .

Claims (3)

1.Ком к Н. И. и др. чНовые импульсные рентгеновские аппараты типа ИРАг и . «Дефектоскопи , 1967, № 5, с. 91-96,

2.Басов Н. Г. и р. Нагрев плазмы и генераци  нейтронов при сферическом облучении мишени мощным лазерным излучением . Труды ФИЛИ. т. 76, с. 146, 1974.

3.Ком к Н. VI. и др. Генераторы наносекундных рентгеновских вспышек типа ИРА 3 и ИРА 5. «Дефектоскопи , 1971, № 3, с. 127 (прототип). 1 . S :. -C.., ..J фуг./