Рентгеновская импульсная трубка с автоэлектронной эмиссией

Предложенное техническое решение относится к медицинской технике, точнее к рентгеновской аппаратуре, и предназначено для использования в составе рентгенодиагностических аппаратов медицинского назначения, например, при исследовании тробекулярности костной ткани кистей рук у лиц, вибрационно опасных профессий. Целью настоящей работы является создание рентгеновской импульсной трубка с автоэлектронной эмиссией с узконаправленным рентгеновским лучом, защищенным от вторичного излучения. Технический результат полезной модели выражается в повышении качества рентгеновского изображения за счет уменьшения рассеянного излучения. Он достигается тем, что в рентгеновской импульсной трубке с автоэлектронной эмиссией, содержащей вакуумированную стеклянную колбу цилиндрической формы с торцевым выходным окном, внутри которой закреплены катод и анод, в форме стержня с заостренным торцом, изготовленные из вольфрама, соединенные с электрическими контактами, расположенными с внешней стороны стеклянной колбы, катод имеет форму усеченного полого круглого конуса с коронообразным заострением в усеченной части, основание которого соединено с шайбой, выполненной из того же материала, что и катод, при этом геометрические оси конуса катода и анода совпадают, а точка пересечения образующих внутренней поверхности усеченного конуса катода совмещена с вершиной остроконечной иглы анода.

Предложенное техническое решение относится к медицинской технике, точнее к рентгеновской аппаратуре, и предназначено для использования в составе рентгенодиагностических аппаратов медицинского назначения, например, при исследовании тробекулярности костной ткани кистей рук у лиц, вибрационно опасных профессий.

Известна рентгеновская трубка импульсного типа (Авторское свидетельство СССР 1014067 от 30.07.81 г.[1]). содержащая вакуумирован-ную колбу, внутри которой расположены накальный катод с фокусирующим устройством и вращающийся анод. Известная трубка предназначена для стереоскопии и не может быть использована для формирования сверхкоротких прямоугольных импульсов.

Известна также импульсная рентгеновская трубка с автоэлектронной эмиссией, содержащая вакуумированную стеклянную колбу с торцевым выходным окном, внутри которой закреплены заостренные катод и анод, подключенные к импульсному источнику высокого напряжения (Рентгенотехника Справочник под редакцией проф. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1980.- С.93 [2]).

Наиболее близким по конструкции к заявляемому объекту является рентгеновская импульсная трубка с автоэлектронной эмиссией, содержащая вакуумированную стеклянную колбу цилиндрической формы с торцевым выходным окном, внутри которой закреплены катод и анод в форме остроконечной иглы, изготовленные из вольфрама, подключенные к импульсному источнику высокого напряжения (Патент США 6324257 от 27.11.2001 г. [3]). Данная трубка была выбрана нами в качестве прототипа.

Недостаток прототипа [3], как и аналога [2], выражается в широкой диаграмме направленности рентгеновского излучения (4R²), что может привести к афокальному излучению и вызвать рассеянное излучение при рентгенографии объекта исследования. Все это снижает контраст изображения и ухудшает качество снимка, что в свою очередь сказывается на результате рентгенодиагностики, особенно при исследовании мелких деталей, например трабекул костной ткани в случае вибрационной болезни.

Целью настоящей работы является создание рентгеновской импульсной трубка с автоэлектронной эмиссией с узконаправленным рентгеновским лучом, защищенным от вторичного излучения.

Технический результат полезной модели выражается в повышении качества рентгеновского изображения за счет уменьшения рассеянного излучения. Он достигается тем, что в рентгеновской импульсной трубке с автоэлектронной эмиссией, содержащей вакуумированную стеклянную колбу цилиндрической формы с торцевым выходным окном, внутри которой закреплены катод и анод, в форме стержня с заостренным торцом, изготовленные из вольфрама, соединенные с электрическими контактами, расположенными с внешней стороны стеклянной колбы, катод имеет форму усеченного полого круглого конуса с коронообразным заострением в усеченной части, основание которого соединено с шайбой, выполненной из того же материала, что и катод, при этом геометрические оси конуса катода и анода совпадают, а точка пересечения образующих внутренней поверхности усеченного конуса катода совмещена с вершиной остроконечной иглы анода.

Далее описание сопровождается чертежами и пояснениями к ним. На фиг.1 представлена конструкция заявляемой рентгеновской трубки (вид сбоку в разрезе); на фиг.2 - сечение -A фиг.1, а на фиг.3 показан принцип работы новой трубки.

Рентгеновская импульсная трубка с автоэлектронной эмиссией имеет вакуумированную стеклянную колбу 1 с давлением остаточных газов 10^-6-10^-7 мм рт.ст. Внутри колбы 1 закреплены анод 2 и катод 3. Анод 2 выполнен из вольфрама в виде стержня с заостренным торцом 4. Катод 3 изготовлен из вольфрама в форме усеченного полого круглого конуса 5 с коронообразным заострением 6 в усеченной части. Основание конуса 5 жестко соединено, например с помощью сварки, с шайбой 7, выполненной также из вольфрама. Геометрические оси конуса 5 катода 3 и анода 2 совпадают, а точка пересечения образующих внутренней поверхности усеченного конуса 5 катода 3 совмещена с вершиной остроконечной иглы 4 анода (фокусом F). Электрический потенциал (+) к аноду 2 подводится через внешний контакт 8, а к катоду (-) - через внешний контакт 9. Выходное окно 10 рентгеновской трубки расположено на торце колбы 1 под катодом 3 и имеет форму полусферы.

На фиг.1 коронообразное заострение 6 имеет четыре заостренных лепестка, расположенные по окружности торца конуса 5 через 90°. В рабочем образце число остроконечных лепестков целесообразно увеличить с целью повышения величины анодного тока.

В рабочем положении колба 1 рентгеновской трубки находится в корпусе 11, изготовленном из диэлектрика, например полимера (фиг.3). Анод 2 и катод 3 рентгеновской трубки подключаются к высоковольтному импульсному генератору (не показан). Катод 3 подключается к отрицательному полюсу (-) через контакт 12. Анод 1 подключается к положительному полюсу (+) генератора.

Под действием сильного электрического поля напряженностью E>10⁸ В/м с остроконечных лепестков коронообразного заострения 6 катода 3 эммитируются электроны (e), которые устремляются к вершине F остроконечного выступа 4 анода 2, находящейся под более высоким электрическим потенциалом. При торможении быстрых электронов возникает тормозное рентгеновское излучение. Основная часть рентгеновских квантов проходят через полость конуса 5, образуя рабочий пучок рентгеновской трубки. Ширина рабочего пучка определяется углом между образующими внутренней поверхности конуса 5. Боковые рентгеновские лучи ' при взаимодействии со стеклом колбы 1 вызывают вторичное излучение , которое задерживается стенками катода, изготовленного из вольфрама.

Защита рабочего рентгеновского пучка от рассеянного излучения повышает пространственную разрешающую способность и контраст изображения. Это особенно важно при съемке малоконтрастных мелких объектов, например трабекул костной ткани.

Рентгеновская импульсная трубка с автоэлектронной эмиссией, содержащая вакуумированную стеклянную колбу цилиндрической формы с торцевым выходным окном, внутри которой закреплены катод и анод в форме стержня с заостренным торцом, изготовленные из вольфрама, соединенные с электрическими контактами, расположенными с внешней стороны стеклянной колбы, отличающаяся тем, что катод имеет форму усеченного полого круглого конуса с коронообразным заострением в усеченной части, основание которого соединено с шайбой, выполненной из того же материала, что и катод, при этом геометрические оси конуса катода и анода совпадают, а точка пересечения образующих внутренней поверхности усеченного конуса катода совмещена с вершиной остроконечной иглы анода.