газоразрядное устройство - источник рентгеновского излучения

Формула изобретения

Газоразрядное устройство - источник рентгеновского излучения, содержащее диэлектрическую трубку с прозрачным на рабочей длине волны выходным окном, заполненную рабочим газом, два электрода - внешний и внутренний высоковольтный электрод, отличающееся тем, что внутренний электрод, имеющий цилиндрическую форму, расположен вдоль центральной оси, причем соотношение внутреннего диаметра D диэлектрической трубы к диаметру d центрального высоковольтного электрода - 2:1; 2:1,5; 2:1,8.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, для контроля металлических и газовых дефектных включений в полимерной кабельной изоляции с использованием рентгеновского излучения электрического газового барьерного разряда (ЭГБР).

Использование рентгеновского излучения от традиционных вакуумных рентгеновских трубок для контроля дефектов в полимерной кабельной изоляции не позволяет обеспечить необходимую контрастность изображения металлических и газовых включений. Это обусловлено тем, что излучение вакуумных рентгеновских трубок является достаточно коротковолновым (10-100А) и плохо поглощается в тонких слоях материалов малой плотности (полимерные кабельные диэлектрики толщиной не более 4-8 мм и тонкие алюминиевые, медные и воздушные включения толщиной несколько мкм). Коротковолновое рентгеновское излучение вакуумных рентгеновских трубок такие дефекты в полимерной изоляции практически не замечает.

Известен газоразрядный источник излучения /Патент РФ № 2310947, H01J 61/16, 2007 г./, содержащий источник питания, колбу с рабочей средой, образованную двумя коаксиально установленными трубками из диэлектрического материала, прозрачного для излучения, а также два электрода, расположенных на внутренней поверхности внутренней трубки и на внешней поверхности внешней трубки. Во внутренней трубке колбы установлен металлический теплообменник, являющийся одновременно высоковольтным электродом. Охлаждение теплообменника обеспечивается принудительной прокачкой охлаждающего газа через внутреннюю полость внутренней трубки

Известны ионные источники рентгеновского излучения с антикатодом /Гинье А. Рентгенография кристаллов. Изд-во физ-мат. литературы, М., 1961, с.66/, использующие газ низкого давления (ниже 0, 01 атм.), очень чувствительные к давлению остаточного газа. Главным недостатком этих источников является необходимость специальной системы регулировки давления. Ионные трубки являются источниками тормозного и характеристического рентгеновского излучения с длиной волны менее 10 нм, которое плохо поглощается полимерами. Главным недостатком рентгеновского излучения этих трубок является его высокая проникающая способность, когда невозможно зарегистрировать металлические и газовые дефекты в тонкой полимерной кабельной изоляции, а также высокая стоимость самих рентгеновских трубок и рентгеновского оборудования.

Известен источник излучения /Патент США № 5198717, H01J 65/04; H01J 007/24, 1993 г./. Конструктивно он представляет собой источник питания, герметичную колбу и систему охлаждения. Колба изготовлена из двух коаксиально установленных и спаянных по торцам кварцевых трубок. Пространство между трубками, являющееся колбой, заполнено рабочей средой - газовой. Электроды размещены на внешней поверхности внешней трубки и на внутренней поверхности внутренней трубки. При этом внешний электрод заземлен, а на электрод, находящийся внутри внутренней трубки, подается высокое напряжение. Для охлаждения внутренней трубки используется двойной контур охлаждения. Первый из них образует поток деионизованной воды, охлаждающейся во внешнем теплообменнике. Второй контур образует внешний поток теплоносителя, охлаждающего теплообменник.

Ближайшим аналогом является источник излучения /Патент РФ № 2258975, H01J 61/30, 2005 г./, содержащий заполненную газом стаканообразную колбу из диэлектрика с прозрачным на рабочей длине волны выходным окном, источник питания с электродами, колба помещена в металлическом корпусе-экране, на внешней поверхности выходного окна расположен заземленный перфорированный электрод, а высоковольтный электрод расположен на внутренней поверхности дна колбы и соединен с источником питания, расположенным в том же корпусе, по кратчайшему расстоянию, при этом дополнительно в корпусе установлено устройство нагнетания охлаждающего воздуха.

Недостатком известных устройств является то, что они не позволяют обеспечить необходимую контрастность изображения металлических и газовых включений для контроля дефектов в полимерной кабельной изоляции.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства, позволяющего обеспечить сравнительно длинноволновый диапазон рентгеновского излучения (20-200 нм). Рентгеновское излучение этого волнового диапазона хорошо поглощается в тонких слоях полимерной кабельной изоляции и по этой причине его выгодно использовать для контроля металлических и газовых дефектов в полимерной кабельной изоляции.

Поставленная задача достигается тем, что в известном источнике излучения, содержащем диэлектрическую трубку с прозрачным на рабочей длине волны выходным окном, заполненную рабочим газом, два электрода - внешний и внутренний высоковольтный электрод, внутренний высоковольтный электрод, выполненный цилиндрическим, расположен вдоль центральной оси, причем соотношение внутреннего диаметра D диэлектрической трубы к диаметру d центрального высоковольтного электрода - 2/1; 2/1,5; 2/1,8.

Общий вид устройства представлен на Фиг.1.

Источник излучения содержит кварцевую или керамическую трубу 1, высоковольтный металлический электрод с конической резьбой 2, трубку для откачки и подачи газа 3, алюминиевое или бериллиевое окно для выхода рентгеновского излучения 4, заземляемый металлический электрод 5.

Вдоль центральной оси диэлектрической трубы располагается первый металлический (медный) высоковольтный электрод 2 с резьбой. Соотношение внутреннего диаметра D диэлектрической трубы к диаметру d центрального высоковольтного электрода - 2:1; 2:1,5; 2:1,8. Шаг и высота резьбы зависят от диаметра внутреннего высоковольтного электрода. Толщина стенки диэлектрической трубы - от 1 до 10 мм в зависимости от диаметра внутреннего высоковольтного электрода. Длина диэлектрической трубы равна 10d. В стенке диэлектрической трубы имеется сквозное отверстие, через которое с помощью металлического патрубка 3 производится откачка источника рентгеновского излучения с помощью вакуумного насоса и напуск в рентгеновский источник рабочего газа (гелий, аргон, азот, воздух и т.д.). На одном из концов трубы располагается выходное окно для рентгеновского излучения 4. Окно изготавливается из алюминия, бериллия или полиэтилена. На внешней поверхности диэлектрической трубы располагается второй - заземляемый металлический электрод 5 цилиндрической формы. На втором конце трубы располагается вакуум-плотный высоковольтный изолированный контакт, к которому подключается высокое переменное напряжение от источника питания.

Устройство работает следующим образом:

На расстоянии 10 мм от выходного окна газоразрядного устройства - источника рентгеновского излучения - располагается специально подобранный образец поливинилхлоридной изоляции силового кабеля АВВГ, содержащий металлическое включение в виде алюминиевой стружки. С противоположной стороны на расстоянии 1 мм от поверхности кабельной изоляции располагается фотокамера для регистрации рентгеновского изображения кабельной изоляции. На высоковольтный электрод подается переменное высоковольтное напряжение (40 кВ, время экспозиции - 10, 15 и 20 мин). После экспозиции рентгеновская пленка проявляется.

На Фиг.2 представлена рентгеновская фотография полимерной кабельной изоляции силового кабеля АВВГ, содержащей алюминиевую стружку (четыре треугольных кусочка, толщиной 15 мкм), полученная с помощью рентгеновского излучения, U=40 кВ, Р=0,3 атм, 1 - время экспозиции - 10 мин, 2 - время экспозиции - 15 мин, 3 - время экспозиции - 20 мин.

Видно, что кусочки алюминиевой стружки, находящейся в толще ПВХ изоляции кабеля, четко различаются на рентгеновской фотографии в виде светлого изображения.

Техническим эффектом предлагаемого нами газоразрядного устройства - источника рентгеновского излучения - для контроля металлических и газовых включений в полимерной кабельной изоляции является простота исполнения, отсутствие антикатода и сравнительно длинноволновый диапазон рентгеновского излучения - 20-200 нм. Рентгеновское излучение этого волнового диапазона хорошо поглощается в тонких слоях полимерной кабельной изоляции и по этой причине его выгодно использовать для контроля металлических и газовых дефектов в полимерной кабельной изоляции.