Общие сведения об анодных узлах

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. 4.1) состоит из тела анода и мишени (составной анод). Материал тела анода должен обладать высокой теплопроводностью, так как через тело анода теплота отводится 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. 4.1. 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. Мишени трубок, предназначенных для получения тормозного излучения, изготавливают из вольфрама. Для 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 или электрохимическим нанесением.

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

В последнее время все чаще применяются прострельные аноды, представляющие собой слой вещества толщиной несколько микрон, наносимого непосредственно на выпускное окно рентгеновской трубки. В случае использования прострельного анода направление движения электронного пучка совпадает с центральной осью пучка рентгеновского излучения (рис. 4.2.)

Рис. 4.2. Конструкция анодного узла массивного типа:

1 – пучок электронов; 2 – пролетная труба; 3 – мишень, толщина которой примерно равна глубине проникновения электронов; 4 – выпускное окно; 5 – центральная ось пучка рентгеновского излучения

В стационарной и передвижной аппаратуре для дефектоскопии чаще всего используют 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.

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 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.