рентгеновский излучатель

Формула изобретения

Рентгеновский излучатель, содержащий импульсный сверхвысокочастотный (СВЧ) генератор для излучения потока электромагнитного поля, полый вакуумированный СВЧ-резонатор с прозрачным для потока электромагнитного поля СВЧ-генератора окном связи, катод и анод, симметрично расположенные в противоположных стенках СВЧ-резонатора, смежных стенке с окном связи, и образующие центральную ось резонатора, и двухполюсный полый коллиматор, представляющий собой осесимметричный электромагнит, с двумя отверстиями - одно для входа потока электромагнитного поля СВЧ-генератора, другое для выхода потока -излучения, отличающийся тем, что СВЧ-резонатор размещен внутри коллиматора анодом и катодом между полюсами коллиматора, образующими продольную ось Х-Х рентгеновского излучателя, совмещенную с центральной осью СВЧ-резонатора, при этом оси отверстия коллиматора для входа потока электромагнитного поля СВЧ-генератора и окна связи СВЧ-резонатора совмещены и ориентированы перпендикулярно продольной оси Х-Х рентгеновского излучателя, а отверстие коллиматора для выхода -излучения ориентировано своей осью вдоль продольной оси Х-Х рентгеновского излучателя и выполнено конусообразной формы в полюсе коллиматора, обращенном к аноду, при этом угол раскрытия конусообразного отверстия выполнен наружу от точки (центра рентгеновского излучателя) пересечения оси потока электромагнитного поля СВЧ-генератора и продольной осью Х-Х излучателя в пределах 10< <30, где - угол раскрытия конуса отверстия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к рентгеновской технике, в частности к рентгеновским излучателям, предназначенным для дефектоскопии, и может быть использовано преимущественно при обнаружении локальных дефектов объектов сложной формы.

Известен рентгеновский излучатель, содержащий источник сверхвысокочастотного излучения (СВЧ-излучения), полый осесимметричный вакуумированный СВЧ-резонатор с прозрачным для СВЧ-излучения окном, катод и анод, расположенные на противоположных стенках по оси СВЧ-резонатора и электрически не связанные с ним [1].

Недостатком известного устройства является панорамное излучение пучка ускоренных электронов на аноде, не позволяющее контролировать локальные дефекты в объектах сложной формы, а также малый срок службы излучателя, так как из-за отсутствия фокусирующей системы частицы дефокусируются прикатодным электрическим полем и магнитной составляющей СВЧ-поля резонатора, что ведет к разлету электронов в полости резонатора относительно анода, вызывающих появление микропор в стенках резонатора, а в итоге к пробою резонатора.

Наиболее близким техническим решением является рентгеновский излучатель, включающий импульсный СВЧ-генератор, полый вакуумированный СВЧ-резонатор с прозрачным для СВЧ-излучения окном связи, электромагнит для фокусировки ускоряемых электронов и коллиматор, формирующий поле излучения, расположенный рядом с анодной системой СВЧ-резонатора [2].

Недостатком этого технического решения является размытость (панорамность) -излучения, снижающая локальность дефектоскопии контролируемых объектов, а также сложность, причем все равно не обеспечивающая эффективность дефектоскопии. При посылке пучка напряжения от СВЧ-генератора в СВЧ-резонатор частицы из-за большой энергии испытывают сильное кулоновское расталкивание, что ведет к увеличению поперечных размеров пучка, разрушающих конструкцию резонатора. Для устранения дефокусировки пучка необходимо использовать дополнительную электронную пушку, генерирующую импульсное напряжение.

Сущность изобретения заключается в том, что в рентгеновском излучателе, содержащем импульсный СВЧ-генератор, полый вакуумированный СВЧ-резонатор с прозрачным для СВЧ-излучения окном связи, катод и анод, симметрично расположенные в противоположных стенках СВЧ-резонатора, образующие его центральную ось, и двухполюсный коллиматор, представляющий собой осесимметричный электромагнит с двумя отверстиями для входа СВЧ-излучения и выхода с анода -излучения, отверстие для выхода -излучения выполнено конусообразной формы в одном из полюсов коллиматора вдоль его продольной оси, проходящей симметрично через полюса коллиматора, угол раскрытия конусообразного отверстия выполнен наружу от центра излучателя (точка пересечения продольной оси коллиматора или центральной оси резонатора и линии СВЧ-излучения генератора) в пределах 10<<30, а СВЧ-резонатор размещен между полюсами коллиматора так, что центральная ось СВЧ-резонатора совмещена с продольной осью коллиматора, при этом направление излучения СВЧ-генератора лежит на одной линии с центрами входного отверстия коллиматора и окна связи резонатора, пересекающейся перпендикулярно с центральной осью СВЧ-резонатора.

Положительным результатом следует считать: достигнуты высокая локальность контроля при оптимальных габаритах конструкции рентгеновского аппарата и эксплуатационная надежность дефектоскопии труднодоступных мест объектов контроля.

На фиг. 1 показан общий вид конструкции рентгеновского излучателя; на фиг.2 - СВЧ-резонатор по сечению А-А фиг.1; фиг.3 - принцип работы излучателя.

Рентгеновский излучатель содержит импульсный СВЧ-генератор 1, полый вакуумированный СВЧ-резонатор 2 с прозрачным для СВЧ-излучения окном 3 связи, катод 4, анод 5 и двухполюсный коллиматор 6 с отверстием 7 для входа СВЧ-излучения от генератора 1 и конусообразным отверстием 8 для выхода с анода 5 -излучения. Катод 4 и анод 5 симметрично расположены в противоположных стенках СВЧ-резонатора 2, образуя его центральную ось, а окно 3 связи - в одной из других стенок и закрыто заглушкой 9 из материала, прозрачного для СВЧ-излучения. Катод 4 и анод 5 электрически изолированы от резонатора посредством оправок из керамики или стекла (не показано). Двухполюсный коллиматор 6 представляет собой осесимметричный электромагнит, катушки 10 и 11 индуктивности которого расположены в полюсах N и S, образующих продольную ось Х-Х коллиматора 6.

Полый вакуумированный СВЧ-резонатор 2 размещен между полюсами N и S коллиматора 6 так, что центральная ось СВЧ-резонатора 2 совмещена с продольной осью Х-Х коллиматора 6, а анод 5 обращен в сторону конусообразного отверстия 8 коллиматора 6. Угол раскрытия конусообразного отверстия 8 выполнен наружу от центра излучателя в пределах 10<<30, обеспечивающих оптимальную мощность -излучения и минимальный фокус -излучения (локальность зоны контроля). СВЧ-генератор 1 связан с отверстием 7 коллиматора 6 через волновод (не показано), при этом направление СВЧ-излучения импульсного генератора 1 лежит на одной линии с центрами отверстия 7 входа коллиматора 6 и окна 3 связи резонатора 2, пересекающейся перпендикулярно с центральной осью резонатора 2. Размеры анода 5 и малого основания конусного отверстия 8 должны быть соизмеримы.

СВЧ-генератор 1 и коллиматор 6 предназначены для фокусировки электронов 13, испускающих катодом 4, в СВЧ-резонаторе 2 и коллимации -излучения в конусе коллиматора 6.

Заглушка 9 выполнена из материала, например кварцевого стекла, а катод 4 и анод 5 изготовлены, например из вольфрама.

Предложенные технические решения позволяют предотвратить преждевременное разрушение стенок резонатора путем уменьшения интенсивности бомбардировки периферии резонатора, тем самым повысить его эксплуатационную надежность, а также увеличить локальность дефектоскопии трудно достижимых мест объектов контроля.

Рентгеновский излучатель работает следующим образом.

Модулированное импульсное напряжение с СВЧ-генератора 1 частотой следования пачек 50-400 Гц (частота заполнения пачек 3000 МГц) и их длительностью 3 мкс поступает через СВЧ-прозрачную заглушку 9 окна 3 связи во внутреннюю вакуумированную полость резонатора 2.

В импульсном электрическом поле 12 (фиг.3) напряженностью до 10⁶ В/см в полости вакуумированного резонатора 2 происходит эмиссия электронов 13, имитирующих катодом 4, и их ускорение, обеспечивающееся двухполюсным коллиматором 6. При соударении ускоренных электронов 13 с анодом 5 возникает тормозное рентгеновское излучение (-излучение). При этом магнитное поле 14, формируемое двухполюсным коллиматором 6, не позволяет электронам 13 существенно разлетаться внутри полости резонатора 2 от центральной его оси за счет действия СВЧ-поля в резонаторе 2 в перпендикулярном направлении к центральной оси резонатора 2 или все равно к продольной оси Х-Х коллиматора 6 и фокусирует пучек электронов 13 в размер анода 5.

Рентгеновское излучение с анода 5, сфокусированное конусным отверстием 8 коллиматора 6, проходит через тело контролируемого объекта, где частично поглощается в его материале, а большая часть попадает на рентгеновский элемент, например рентгеновскую пленку, которую располагают с противоположной стороны объекта контроля (не показано). По рентгеновской теневой проекции судят о наличии дефекта в толще материала объекта контроля.

Положительным результатом технического решения является повышение локальности дефектоскопии труднодоступных поверхностей объектов сложной геометрии.

Источники информации

1 А.с. СССР N 136670, кл. H 01 35/02, 1983.

2. Е. А.Абрамян. Промышленные ускорители электронов. - М.: Энергоиздат, 1986.