Анод рентгеновской трубки

ОП ИСАНИ Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сеюэ Советски кСециалистнческккРеспублик и 1918991(22) Заявлено 02,07.80 (21) 2987561/18-25с присоединением заявки РЙ(53)М. Кл. Н 01 2 35/10 веуаврктекнный камнтет СССР ав дедам взобретеннй . и открытий(72 ) Авторы изобретения В. Н. Вересов, С. А. Иванов, Г. Н. Платонов и Г. А, Шукин Ленинградский ордена Ленина электротехнический ийститут им, В. И. Ульянова (Ленина)(54) АНОД РЕНТГЕНОВСКОЙ ТРУБКИ Изобретение относится к рентгеновской технике, в частности к мишенным уст. ройствам и преимущественно используется в рентгеновских трубках.К большинству рентгеновских трубок предъявляется требование допускать большие мощности при малом размере источника излучения - фокусного пятна. Уве личение мощности при малом фокусном пятне увеличивает температуру. Существует преаел, ограничивающий повышение мощности при данном размере фокусного пятна, определяемый состоянием материала в этой зонеВ рентгеновских трубках с вращаю-щимся анодом фокусная область из пятна превращается в кольцо. Вращение анода позволяет распрецелить тепло, вьщеляемое на мишени по большей поверхности. фокусная область располагается по возможности цальше от центра вращения цля того, чтобы эта зона двигалась с максимальной линейной скоростью. Температурное поле вращающегося анода можно счи 2тать в первом приближении осесимметричным.,Известна конструкция рентгеновскойтрубки с врашающимся анодом, в которой с катоца электронный луч эксцентрично направляется на скошенный крайвращающегося писка - мишень анода.Вращение анода осуществляется вращающимся магнитным полем, создаваемымстатором. асинхронного двигателя, по Омещенного вне трубки. Ротором служитметаллический цилиндр, расположенныйна оси анода внутри трубки. При вращениианода положение источника излучения -эффективногофокусного пятна - в пространстве неизменно, а мощность электронного пучка вьщеляется на кольцевойфокусной области на поверхности мишениЫ.20Увеличение числа оборотов и рапиусапорожки пает возможность увеличить мощ-ность, сохраняя температуру фокусногопятна неизменной, Опнако существуетопределенный предел увеличения этих параметров, опрецеляемый габаритами трубки и цопустимыми линейными скоростямицля материала мишени, так как вращениемишени со значительными скоростямивызывает появление инерционнык напряжений, которые наклацываются на температурные напряжения, обусловленные неравномерным нагревом мишени, созцаютсложное напряженное состояние. Слецствием этого является растрескивание, . 1 фкоробление и расслаивание мишени, особенно ее поверхностного слоя. Это, всвою очерець, приводит. к пацению интенсивности излучения и ухудшению теплоотвода от фокусной дорожки в массу мишени,Наиболее близким к предлагаемомуявляется анод рентгеновской трубки, соцержащий расположенные на валу наклацку и мишень. Эта рентгеновская трубка 20содержит мишень, выполненную с канавками или состоящую из секторов 23,К нецостаткам мишени можно отнести:конструктивную и технологическую сложность составляющих мишенный узел элементов; куцший тепловой контакт, обусловленный наличием прорезей и нарушением сплошности мишени; возможностьвозникновения значительной статическойи динамической неуравновешенности, обус- Юловленной неравномерным распределениеммасс относительно оси вращения. Цель изобретения - увеличение интенсивности рентгеновского излучения трубки.Поставленная цель достигается за счет того, что в аноце рентгеновской трубки, содержащем расположенные на валу наклацку и мишень, мишень выполнена в вице нескольких колец, посаженных одно в другое с натягом, и в свою очередь мишень посажена с натягом в обойму, мишень и обойма выполнены из материалов с различными механическими и теплофизичеакими свойствами так, что коэффициент теплового расширения материала обоймы меньше коэффициента теплового расширения материала мишени, а модуль нормальной упругости икоэффициент . Пуассона обоймы не ниже моцуля нормальной упругости и коэффициента Пуассона материала мишени.Такое выполнение мишени позволяет устранить не перемещения, возникающие вслецствие нагрева, а снизить напряжения в зоне, где они цостигают наибольших фф значений путем создания в мишени предварительных напряжений противоположнык по знаку суммарным, вызванным нерав,номерным нагревом и вращением, Необходимо отметить, что наибольший эффектцостигается в том случае, когда мишеньи обойма выполнены иэ материалов сразличными механическими и теплофизическими свойствами. Изготовление мишенииз вольфрама, а обоймы из титана позволяет значительно повысить ее теплоемкость, меканическую прочность и уменьшить массу, Выполнение мишени из колец,не соцержащих прорезей и разрывов, улучшает также балансировку мишени.На чертеже показан анод,Аной соцержит обойму 1, кольцо 2,наклааку 3, ось 4, гайку 5. Кольцо 2посажено с натягом межпу обоймой 1 инакладкой 3, Мишень укреплена на оси4 посредством гайки 5.Данное мишенное устройство обладаетбольшей теплоемкостью и меньшей массой,чем обычно используемая вольфрамоваямишень, что допускает применение этогоустройства при высокик скоростях врашенния и больших тепловых нагрузках. В конечном счете это позволяет значительноповысить проводимую к мишени мощностьв электронном пучке. Наибольшего эффекта можно аобиться при использованиипредлагаемой конструкции в малогабаритных трубках в режиме коротких выдержекпри больших локальных тепловых нагрузках ( й = 0,1 с; Р = 40 кВт; фокус 1 х 1 мм;й= 9000 об/мин).Оценим напряженное состояние в дискес малым отверстием из вольфрама, вращаюшемся со скоростью 10000 об/мини неравномерно нагретом. Для окружногои радиального напряжений применительнок нашему случаю в сопротивлении материалов получают следующие формулыг=+ - - " ф и"- Га" (1)Та -Т- уцельный вес материаламишени;Т-Т разница температур наповерхностях Ц и lуА - коэффициент линейногорасширения;9189 ИПИ Заказ 2153/35раж 758 Подписное Патент",оектная,4 Филиал ПППг Ужгород,ул. модуль нормальной .упруг ости;1 и г - наружный и внутреннийрадиусы мишени.Напряженное состояние характеризует-, 5ся максимальными растягивающими напряжениями на поверхности внутреннего отверстия.Снизим максимальные напряжения наложением на мишень равномерного аавления Рх по наружному контуру мишени,при этом величину этого давления примемтакравной о.г, Тогаа необходимая разница в диаметрах наружного кольца и диаметра мишени определится иэ условия1.й-а,г-к", Ж,( к",Югае "1 = /, К= /.Ю;и- коэффициенты Пуассона 20материала мишени и материала бандажа;- наружный радиус банда жа (примем его равным5 см); 25и, Е 2 - модули нормальной упру(гости материала мишении материала бандажа,Выберем. для бандажа титановый сплавс Е = 120 ГПа; 30Й =03= 600 МПаТогда Я буает равноддм о,вь О,)8, з,М 4 ЫИ+Я в) 1 О т.е. разница между внутренним аиаметромбандажа и наружным диаметром мишениаолжна быть не менее 0,6 мм,91Возможно выполнение мишени не с оаним бандажом кольца, а с несколькими. В этом случае появится воэможность создавать большие давления при малых габарит.ах.Таким образом, проведенный расчет показывает значительное снижение уровня напряжений, что позволяет повысить подводимую к мишени тепловуе мощность в электронном пучке на 25-30% и увеличить интенсивность рентгеновского излучения. Формула изобретения Анод рентгеновской трубки; содержащий расположенные на валу накладку имишень, отличающийся темчто, с целью увеличения интенсивностиизлучения трубки,мишень выполнена ввиде нескольких колец, посаженных однов другое с натягом, и в свою очередьмишень посажена с.натягом в обойму, мишень н обойма выполнены иэ материалов сразличными механическими и теплофизическими свойствами так, что коэффициент теплового расширения материала обоймы меньше коэффициента теплового расширенияматериала мишени, а модуль нормальнойупругости и коэффициент Пуассона обоймы не ниже модуля нормальной упругостии коэффициента Пуассона материала мишени,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе,1, Авторское свидетельство СССР683035, кл. Н 01 3 35/10, 1976,2. Патент Великобритании М 1262405,кл, Н 1 Э, опублик. 1976 прототип).