Аноды рентгеновских трубок

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. 2.2) 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. 2.2. 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.

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 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. 2.3.)

Рис. 2.3. 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