Материал: sb000010

лона выбирается с учетом рабочего напряжения трубки и среды, в которой она будет эксплуатироваться. В месте, где, предполагается, будет происходить выпуск излучения, толщину стенки уменьшают методом шлифовки – создают особое выпускное окно. Другим вариантом является использование выпускного окна из вауумплотного бериллия.

Анодные узлы рентгеновских трубок предназначены непосредственно для генерации рентгеновского излучения. Анодом рентгеновской трубки называется электрод, выполняющий функции мишени или несущий мишень трубки. Часть рентгеновского излучения, возникающего при торможении электронов на мишени, предназначенная для полезного использования и заключенная в телесном угле, вершина которого лежит в центре действительного фокусного пятна, называется рабочим пучком излучения трубки. Геометрические характеристики рабочего пучка излучения (его направление и телесный угол) зависят от конструкции рентгеновской трубки и ее анода.

Конструктивно аноды могут быть выполнены массивными или прострельными. Массивный анод (рис. 1.3) состоит из тела анода и мишени (составной анод). Материал тела анода должен обладать высокой теплопроводностью, так как через тело анода отводится теплота к охлаждающему устройству. Чаще всего тело анода изготавливают из меди, обладающей довольно высокой температурой плавления (1360 К), хорошими вакуумными свойствами, высокими теплоемкостью и теплопроводностью.

Рис. 1.3. Конструкция анодного узла массивного типа: 1 – мишень, 2 – тело анода, 3 – центральная охлаждающая трубка, 4 – соединительное

коваровое кольцо, 5 – край стеклянного баллона

К мишени, наносимой на поверхность анода, предъявляются следующие требования: ее температура плавления должна быть высокой, а упругость паров при высокой температуре – низкой. В трубках, предназначенных для получения тормозного излучения, мишени изготавливают из вольфрама. Для

6

получения характеристического излучения определенной жесткости (трубки для рентгеноструктурного анализа и рентгеноспектрального анализа) мишени изготовляют из различных материалов (хром, железо, медь, молибден, серебро и др.).

В ряде случаев мишень как конструктивный элемент в трубке отсутствует, а ее функции выполняет поверхность тела анода (однородный анод). Основное требование при изготовлении массивного анода с мишенью – хороший тепловой контакт между мишенью и телом анода. Это требование обеспечивается различными технологическими приемами: вакуумной плавкой, диффузионной сваркой электрохимическим или плазменным нанесением.

Вакуумная плавка применяется для изготовления анодов с массивными тугоплавкими мишенями из вольфрама, молибдена или родия. Для плавки используется разборный графитовый тигель в виде стакана, на дно которого под необходимым углом устанавливают мишень. Затем в тигель вкладывают медную химически очищенную от загрязнений цилиндрическую заготовку. Плавку меди в тигле производят в вакуумной печи с электрическим нагревом или посредством токов высокой частоты под кварцевым колпаком. В зависимости от массы анодов подбирают такие режимы плавки, чтобы медное тело анода имело крупнокристаллическую структуру.

После плавки заготовку анода обрабатывают механически, придавая ей необходимую конфигурацию. Конструкция охлаждающего анод устройства зависит от режима работы, мощности трубки и некоторых других факторов. В рентгеновских трубках, работающих в режиме повторно-кратковременного включения средней мощности (несколько сотен ватт), применяют радиаторное охлаждение.

К медному телу анода с мишенью крепится сваркой фланец, посредством которого анодный узел подсоединяется к баллону трубки. Радиатор закрепляется на хвостовике анода способом горячей посадки после откачки трубки. Для обеспечения надежного теплового контакта сопрягаемые поверхности тела анода и радиатора тщательно обрабатываются. Для увеличения поверхности теплообмена радиатор выполняется многореберным. В качестве охлаждающей среды могут применяться масло, вода или воздух. В зависимости от конструкции излучателей и режимов работы охлаждение бывает принудительным (посредством насосов) или естественным. В трубках большой (до 4 кВт) мощности, работающих в длительном непрерывном ре-

7

жиме, применяются системы проточного жидкостного охлаждения. В качестве хладагента используется вода или трансформаторное масло.

Вобеих системах охлаждения жидкость поступает в полость анода по трубке, расположенной на его оси, омывает внутреннюю стенку полости непосредственно, растекаясь по каналам специальной бифилярной спирали, припаянной к торцевой части охлаждаемой поверхности. Спираль, называемая улиткой, способствует лучшему омыванию жидкостью наиболее горячей торцевой части охлаждаемой поверхности, а также увеличивает поверхность теплообмена. Поэтому система охлаждения с улиткой способна отводить более высокую мощность. В системах охлаждения с улиткой в качества хладагента обычно используется трансформаторное масло, которое одновременно служит для изоляции рентгеновской трубки от заземленного кожуха или бака

странсформаторным маслом, в котором размещается трубка.

Вводоохлаждаемые системы вода поступает непосредственно из водопровода. Анодный узел заземляется.

Встационарной и передвижной аппаратуре для дефектоскопии чаще всего используются рентгеновские трубки торцевой конструкции с чехлом на аноде. Они, как правило, работают в диапазоне напряжений 160–320 кВ и характеризуются высокой мощностью, достигающей 4 кВт. Конструктивной особенностью этих приборов является массивный медный чехол на аноде.

Рис. 1.4. Анод с чехлом: 1 – чехол, 2 – пучок электронов, 3 – выпускное окно, 4 – излучение, 5 – анод

Чехол служит для уменьшения интенсивности неиспользуемого рентгеновского излучения и препятствует попаданию вторичных электронов, выбитых из мишени, на стеклянную оболочку прибора, способствуя увеличению электрической прочности и надежности трубки. Иногда для усиления защитных свойств чехла его изготавливают из материала с присадками тяжелых

8

элементов, например вольфрама, либо снабжают внутренними экранами в виде цилиндров из молибдена или тантала. Направленный рабочий пучок рентгеновского излучения выпускается через специальное отверстие в чехле, которое закрывается бериллиевым или титановым диском, и далее проходит сквозь баллон трубки. Аноды мощных рентгеновских трубок данного типа для стационарной аппаратуры, как правило, имеют принудительное масляное охлаждение

2. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Целями курсового проектирования являются расчет тепловых, электрических и радиационных характеристик рентгеновской трубки, а также разработка основных элементов ее конструкции.

1. Получить вариант задания, в котором будут указаны основные данные для расчета и проектирования рентгеновской трубки (например, вариант из табл. 2.1):

тип и назначение трубки;

рабочее напряжение трубки;

номинальная мощность трубки;

материал мишени трубки.

2.Привести краткое описание основных требований, предъявляемых к катодным и анодным узлам, вакуумной оболочке трубки и выпускным окнам современных рентгеновских трубок.

3.Рассчитать электрическую прочность для заданной рентгеновской трубки.

Определить межэлектродное расстояние.

Определить площадь поверхности, на которой вероятны пробои.

Определить взаимное положение, конфигурацию электродов и расстояние их от оболочки.

4. Рассчитать тепловой режим анода рентгеновской трубки.

Определить максимальную температуру анода при номинальной мощности трубки.

Рассчитать (в случае ее наличия) параметры принудительной системы охлаждения анода рентгеновской трубки.

5. Определить характеристики излучения рентгеновской трубки.

Рассчитать диаграмму направленности излучения трубки.

9

Рассчитать спектральную плотность потока трубки.

6. Выполнить сборочный чертеж заданной рентгеновской трубки с указанием основных ее компонентов. Привести спецификацию.

Таблица 2.1

Примерные варианты задания

нами

10