Импульсная ускорительная трубка для генерации рентгеновских квантов
Предполагаемая полезная модель относится к рентгеновской технике и может быть использована при выявлении дефектов в металлических конструкциях, например, при контроле сварных швов.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известном устройстве, содержащем дискообразный катод с центральным отверстием, конусообразный анод, коаксиально охватываемый катодом и конусообразный изолятор, расположенные в вакуумированном корпусе и являющиеся частью корпуса, изолятор, с целью увеличения механической и электрической прочности, выполнен из высоковольной керамики, анод имеет сферическое закругление на торце, обращенном к окну, а геометрические параметры ускоряющей системы удовлетворяют условиям:
5.10-4 м
10-3 м,
5rK10,
0.2rKrA<0.5rK ,
0.4rKh1.4rK
где р - радиус закругления на анодном торце, rK - радиус отверстия в катоде, rA - радиус кругового сечения анода плоскостью, проходящей через передний торец катода, h - расстояние от переднего торца катодного диска до переднего торца анода.
Предполагаемая полезная модель относится к малогабаритной ускорительной технике, точнее к приборам для генерации рентгеновских квантов и может быть использована при выявлении дефектов в металлических конструкциях, например, при контроле сварных швов.
Известны устройства для генерации импульсных потоков рентгеновских квантов использующие коаксиальные диодные ускоряющие системы с внутренним игольчатым анодом, охватываемым дискообразным катодом, имеющим центральное отверстие (Быстров Ю.А., Иванов С.А. Ускорители и рентгеновские приборы., М., Высшая школа, 1976, 208 с.). Главным достоинством подобных приборов является малый размер излучающей области катода.
Известна малогабаритная импульсная рентгенографическая трубка, содержащая дискообразный катод с центральным отверстием, конусообразный анод, коаксиально охватываемый катодом, расположенные в вакуумированном корпусе и конусообразный изолятор, являющийся частью корпуса (Э.-Г.В. Александрович и др. ПТЭ, №5, 1974, с.189-190). Указанное техническое решение, как наиболее близкое к заявляемому, может быть выбрано за прототип.
Недостатками прототипа являются низкая механическая прочность корпуса в области соединения изолятора, выполненного из стекла, с металлическими частями корпуса, а также малая амплитуда ускоряющего высоковольтного импульса, не превышающая 200 кВ. Указанные недостатки осложняют применение генераторов рентгеновских квантов в полевых условиях при зондировании металлических конструкций значительной толщины.
Сущность полезной модели заключается в том, что в малогабаритной импульсной рентгеновской трубке, содержащей дискообразный катод с центральным отверстием, конусообразный анод, коаксиально охватываемый катодом, расположенные в вакуумированном корпусе, окно для вывода излучения и конусообразный изолятор, являющиеся частью корпуса, изолятор выполнен из высоковольной керамики, анод имеет сферическое закругление на торце, обращенном к окну, а геометрические параметры ускоряющей системы удовлетворяют при этом следующим неравенствам:
5.10-4 м 10-3 м,
5rK10,
0.2rKrA<0.5rK ,
0.4rKh1.4rK.
где - радиус закругления на анодном торце, r K - радиус отверстия в катоде, rA - радиус кругового сечения анода плоскостью, проходящей через передний торец катода, h - расстояние от переднего торца катодного диска до переднего торца анода.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение механической и электрической прочности трубки за счет использования керамического изолятора и выбора указанных пределов изменения геометрических размеров диодной ускоряющей системы, что позволяет обеспечивать работу изделия в полевых условиях при амплитудах импульса ускоряющего напряжения (300-500) кВ.
На рис.1 показан схематический разрез ускорительной трубки (а) и увеличенный фрагмент ее диодной ускоряющей системы (б), на котором обозначены ее геометрические параметры, указанные выше.
Трубка содержит металлический штенгель 1 для откачки ее рабочего объема и последующего герметичного отсоединения изделия от вакуумного поста, керамический изолятор 2, металлический защитный экран 3,
предотвращающий запыление внутренней поверхности изолятора и проникновение заряженных частиц в область рабочего объема, прилегающего к изолятору, анод ускоряющей системы 4, катодный узел трубки 5.
Предлагаемое устройство может быть реализовано с использованием доступных современных материалов и вакуумных технологий. Штенгель 1 изготавливается из меди и приваривается к корпусу электронно-лучевой сваркой. Изолятор может быть изготовлен из специальной высоковольтной керамики, например марки ВК94-1. Металлические элементы корпуса могут быть изготовлены из нержавеющей стали. Вакуумноплотное соединение изолятора с металлическими элементами корпуса может осуществляться или путем пайки с использованием серебряного припоя или путем диффузионной сварки. Электроды ускоряющей системы изготавливаются из тугоплавких металлов (молибден, вольфрам, тантал). Габариты изделия могут варьироваться в следующих пределах: диаметр D=2-3 см, длина L=8-12 см.
Устройство работает следующим образом. На диодном ускоряющем зазоре ускорительной трубки формируется короткий (неск. нс) высоковольтный импульс с амплитудой (300-500) кВ. В качестве формирующей системы может быть использован импульсный трансформатор «Тесла» с разрядником обострителем на выходе. В результате взрывной эмиссии на поверхности катода образуется плазменное облако с высокой электронной концентрацией, распространяющееся со скоростью ударной волны в сторону анода. Одновременно происходит извлечение электронов из облака катодной плазмы импульсным электрическим полем и последующее их ускорение к аноду, где осуществляется генерация тормозного излучения.
Испытания предлагаемой полезной модели на Экспериментальном заводе импульсной техники показали, что в устройстве достигаются декларируемые выше параметры по амплитуде высокого напряжения на уровне (300-500) кВ и по виброударным нагрузкам на уровне (3-5)g.
Импульсная ускорительная трубка для генерации рентгеновских квантов, содержащая дискообразный катод с центральным отверстием, конусообразный анод, коаксиально охватываемый катодом, расположенные в вакуумированном корпусе, и конусообразный изолятор, являющийся частью корпуса, отличающаяся тем, что изолятор выполнен из высоковольной керамики, анод имеет сферическое закругление на торце, обращенном к окну, а геометрические параметры ускоряющей системы удовлетворяют при этом следующим неравенствам:
5·10 -4 м10-3 м,
3·10 -2 мrK6·10-2 м,
0,2 r KrА0,5 rK,
0,4 r Kh1,4 rK,
где - радиус закругления на анодном торце;
r K - радиус отверстия в катоде;
rA - радиус кругового сечения катода плоскостью, проходящей через передний торец катода;
h - расстояние от переднего торца катодного диска до переднего торца анода.
