RU2487433C1 - Cathode pack of vacuum tube for high-voltage operation - Google Patents
Cathode pack of vacuum tube for high-voltage operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2487433C1 RU2487433C1 RU2011154772/07A RU2011154772A RU2487433C1 RU 2487433 C1 RU2487433 C1 RU 2487433C1 RU 2011154772/07 A RU2011154772/07 A RU 2011154772/07A RU 2011154772 A RU2011154772 A RU 2011154772A RU 2487433 C1 RU2487433 C1 RU 2487433C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photocathode
- electrodes
- leads
- chamber
- vacuum tube
- Prior art date
Links
Landscapes
- Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к электровакуумным приборам, работающим при высоких напряжениях, в частности к рентгеновским трубкам, и может быть использовано для технических и медицинских применений.The present invention relates to electrovacuum devices operating at high voltages, in particular to x-ray tubes, and can be used for technical and medical applications.
В качестве источника электронов в электровакуумных приборах, работающих при высоких напряжениях, например, в рентгеновских трубках используются накальные и холодные катоды.As an electron source in electrovacuum devices operating at high voltages, for example, glow and cold cathodes are used in x-ray tubes.
Так, рентгеновские трубки (РТ) с накальными катодами широко выпускаются для самого разного применения с 1926 г. (В.И.Раков Электронные рентгеновские трубки 1952 г.). Как правило, рентгеновские трубки имеют вакуумную оболочку, накаливаемый катод, способный эмитировать электроны, направляемые сильным полем на анод. После бомбардировки электронами, выходящими с катода, анод испускает рентгеновские лучи.So, X-ray tubes (RTs) with filament cathodes have been widely produced for various applications since 1926 (V.I. Rakov, 1952 Electronic X-ray tubes). As a rule, X-ray tubes have a vacuum shell, a heated cathode, capable of emitting electrons directed by a strong field to the anode. After being bombarded by electrons exiting the cathode, the anode emits X-rays.
Однако катод накального типа - это узел, наиболее часто выходящий из строя, он не может обеспечить не только долговечность, но и долговременную стабильность эмиссии.However, the incandescent cathode is the unit that most often fails; it cannot provide not only durability, but also long-term emission stability.
Известны так называемые «холодные» катоды для рентгеновских трубок (заявка US 2002063500, оп 30.05.2002 г., WO 0042631 оп 20.07.2002 г., GB 1109744 (A) оп. 04.10.1968 г., WO 0042631 оп. 20.07.2002 г., GB 1109744 (A) оп. 04.10.1968 г.). Их действие основано на явлении автоэлектронной (полевой) эмиссии, которая возникает при очень высоких напряженностях электрического поля, при этом анодные напряжения могут достигать 100-300 кВ. Эти трубки работают в импульсном режиме и не относятся к трубкам малой и средней мощности.The so-called “cold” cathodes for x-ray tubes are known (application US 2002063500, op. 05.30.2002, WO 0042631 op. 07.20.2002, GB 1109744 (A) op. 04.10.1968, WO 0042631 op. 20.07. 2002, GB 1109744 (A) op. 04.10.1968). Their action is based on the phenomenon of field emission (field) emission, which occurs at very high electric field intensities, while the anode voltages can reach 100-300 kV. These tubes operate in a pulsed mode and do not apply to tubes of low and medium power.
В качестве прототипа выбран катодный узел рентгеновской трубки, описанной в патентном документе LV 14047 (В), оп. 20.01.2010 г., с катодом на основе встроенного фотоэлектронного преобразователя и внешнего источника фотонов для возбуждения токов фото и вторичных электронов в вакуумном объеме РТ, который также относится к «холодным» катодам.As a prototype, the cathode assembly of the x-ray tube described in patent document LV 14047 (B), op. 01/20/2010, with a cathode based on the built-in photoelectronic converter and an external photon source for exciting photo and secondary electron currents in the vacuum volume of the RT, which also refers to “cold” cathodes.
Такой катодный узел представляет собой фотоэлектронный преобразователь (ФЭП) с фотокатодом в качестве источника электронов и динодной системой умножения, с выводами для подачи напряжения на электроды. В качестве ФЭП предлагается использовать ФЭП умножительного типа.Such a cathode assembly is a photoelectronic converter (PEC) with a photocathode as an electron source and a dynode multiplication system, with leads for supplying voltage to the electrodes. It is proposed to use a photomultiplier of the multiplier type as a PEC.
Работа такого фотоэлектронного преобразователя состоит в следующем: на электроды ФЭП подается напряжение, которое распределяется таким образом, чтобы электроны с фотокатода направлялись на диноды умножителя, а затем на анод. Свет, попадая на фотокатод, вызывает поток электронов. Электроны умножаются на динодах и под действием сильного электрического поля бомбардируют анод, вызывая рентгеновское излучение.The operation of such a photoelectronic converter is as follows: a voltage is applied to the electrodes of the photomultiplier, which is distributed so that the electrons from the photocathode are directed to the dynodes of the multiplier, and then to the anode. Light entering the photocathode causes a stream of electrons. Electrons are multiplied by dynodes and under the influence of a strong electric field they bombard the anode, causing x-ray radiation.
Данный катодный узел для рентгеновской трубки взят нами за прототип. Прототип имеет следующие преимущества по сравнению с традиционным катодом накального типа:We took this cathode assembly for an x-ray tube as a prototype. The prototype has the following advantages compared to the traditional incandescent cathode:
- надежность.- reliability.
Катод накального типа - это узел, наиболее часто выходящий из строя. Предлагаемое время наработки на отказ РТ с катодным узлом - прототипом на порядок выше, что дает возможность использовать РТ в условиях длительной эксплуатации, например, в полевых условиях, для космических и медицинских применений.An incandescent cathode is the unit that most often fails. The proposed MTBF time between failures with a cathode assembly - a prototype is an order of magnitude higher, which makes it possible to use RTs in long-term operation, for example, in field conditions, for space and medical applications.
- стабильность.- stability.
Катод накального типа не может обеспечить долговременную стабильность эмиссии. Катод на базе ФЭП имеет возможность регулировать эмиссию за счет обратной связи со светодиодом или регулировкой напряжения на вторичном умножителе.An incandescent cathode cannot provide long-term emission stability. The PEC-based cathode has the ability to regulate the emission due to feedback from the LED or voltage regulation on the secondary multiplier.
Однако данный прототип:However, this prototype:
- не позволяет применить ФЭП умножительного типа в традиционной конструкции в качестве источника электронов для приборов, требующих для своей работы десятки и сотни киловольт, таких, какие требуются для получения, например, рентгеновского излучения из-за разрядных явлений на выводах, расположенных в поле высокого напряжения;- does not allow the use of photomultiplier tubes of a traditional design as an electron source for devices requiring tens or hundreds of kilovolts for their operation, such as are required to obtain, for example, x-ray radiation due to discharge phenomena at the terminals located in the high voltage field ;
- описанный в прототипе катодный узел не позволяет эффективно сфокусировать поток фотоэлектронов с фотокатода на динодную систему умножения, а затем сформировать поток вторичных электронов на анод, и поэтому не обеспечивает высокий коэффициент усиления и выходной ток достаточной величины на анод рентгеновской трубки.- the cathode assembly described in the prototype does not allow efficiently focusing the flow of photoelectrons from the photocathode to the dynode multiplication system, and then generating a stream of secondary electrons to the anode, and therefore does not provide a high gain and an output current of sufficient magnitude to the anode of the x-ray tube.
Данное изобретение предлагает конструкцию катодного узла, содержащего фотоэлектронный преобразователь (ФЭП), который под воздействием внешнего источника света может служить источником потока электронов и применяться в приборах с высоким (десятки и сотни киловольт) анодным напряжением, например, рентгеновских трубках.This invention proposes the construction of a cathode assembly containing a photoelectronic converter (PEC), which, under the influence of an external light source, can serve as a source of electron flow and can be used in devices with high (tens and hundreds of kilovolts) anode voltage, for example, x-ray tubes.
Изобретение решает задачу создания надежного и долговечного катодного узла электровакуумного прибора для работы при высоких напряжениях.The invention solves the problem of creating a reliable and durable cathode assembly of an electrovacuum device for operation at high voltages.
Данная задача решается тем, что в известном катодном узле электровакуумного прибора, предназначенного для работы при высоких напряжениях, включающего фотоэлектронный преобразователь, в качестве источника электронов, с фотокатодом и динодной системой умножения вторичных электронов, а так же выводы для подачи напряжения на электроды, фотоэлектронный преобразователь дополнительно имеет фотокатодную камеру с входным оптическим окном, на внутренней поверхности которого расположен фотокатод, а выводы для подачи напряжения от внешнего источника на электроды фотоэлектронного преобразователя расположены вокруг фотокатодной камеры, причем диаметр фотокатодной камеры меньше диаметра динодной системы умножения вторичных электронов.This problem is solved in that in the known cathode assembly of an electrovacuum device designed to operate at high voltages, including a photoelectric converter, as an electron source, with a photocathode and a dynode system for multiplying secondary electrons, as well as outputs for supplying voltage to the electrodes, a photoelectronic converter additionally has a photocathode camera with an input optical window, on the inner surface of which there is a photocathode, and the terminals for supplying voltage from an external at regular enrollment photoelectronic transducer electrodes arranged around the chamber photocathode, wherein the photocathode chamber diameter smaller than the diameter of the secondary electron multiplying dynode system.
В качестве ФЭП умножительного типа обычный фотоумножитель применить в данном случае нельзя, так как вместо традиционного коллектора фотоумножителя, который снимает выходной сигнал, усиленный электронный поток необходимо сформировать и направить на анод, при этом выводы электродов будут располагаться в зоне поля высокого напряжения и, как оказалось, такой прибор работать в сильном электрическим поле не может из-за свечения, разрядов и прочих явлений, возникающих в сильном электрическом поле в присутствии других проводников.In this case, a conventional photomultiplier cannot be used as a photomultiplier photomultiplier, because instead of the traditional photomultiplier collector, which picks up the output signal, an amplified electron beam must be formed and directed to the anode, while the electrode leads will be located in the high voltage field zone and, as it turned out , such a device cannot operate in a strong electric field due to glow, discharges, and other phenomena that occur in a strong electric field in the presence of other conductors.
Для того, чтобы освободить анодное пространство от выводов электродов предложено развернуть выводы электродов ФЭП на 180°, дополнительно изготовить фотокатодную камеру с входным окном, на котором расположен фотокатод, разместив ее внутри окружности наружных выводов, чтобы сохранить габариты и форму прибора. При этом такая конструкция ФЭП позволила разместить правильно внутри камеры источники сурьмы и щелочных металлов, таким образом, чтобы процессы огневой заварки баллона и других высокотемпературных операций не повредили качества тех элементов, от которых зависит процесс изготовления главного фоточувствительного электрода - фотокатода, и не потерять коэффициент усиления умножительной системы. Кроме того, конструкция фотокатодной камеры предусматривает защиту выводов электродов от напыления сурьмы и щелочных металлов, что могло создать проводящие пленки между электродами. Таким образом, такая конструкция катодного узла позволяет при сохранении компактности прибора осуществить поставленную задачу.In order to free the anode space from the terminals of the electrodes, it is proposed to expand the terminals of the PEC electrodes by 180 °, additionally make a photocathode chamber with an input window on which the photocathode is located, placing it inside the circumference of the outer terminals to preserve the dimensions and shape of the device. At the same time, such a design of the photomultiplier made it possible to correctly place antimony and alkali metal sources inside the chamber, so that the process of firing the balloon and other high-temperature operations would not damage the quality of those elements on which the manufacturing process of the main photosensitive electrode, the photocathode, and not lose the gain multiplication system. In addition, the design of the photocathode chamber provides for the protection of the electrode leads from the deposition of antimony and alkali metals, which could create conductive films between the electrodes. Thus, this design of the cathode assembly allows, while maintaining the compactness of the device, to accomplish the task.
Еще одним отличием является то, что фотоэлектронный преобразователь содержит систему фокусировки потока фото и вторичных электронов, которая позволяет сформировать и эффективно управлять электронным потоком для получения нужных параметров прибора.Another difference is that the photoelectronic converter contains a system for focusing the flow of photos and secondary electrons, which allows you to generate and effectively control the electronic flow to obtain the desired parameters of the device.
На чертеже схематически представлен чертеж рентгеновской трубки с заявляемым катодным узлом.The drawing schematically shows a drawing of an x-ray tube with the claimed cathode assembly.
В качестве примера конкретного выполнения рассмотрим катодный узел рентгеновской трубки.As an example of a specific implementation, consider the cathode assembly of an x-ray tube.
Рентгеновская трубка, представленная на чертеже, состоит из катодного узла, представляющего собой ФЭП (1), герметичного корпуса (2) и анода (3).The x-ray tube shown in the drawing consists of a cathode assembly, which is a photomultiplier (1), a sealed housing (2), and an anode (3).
ФЭП состоит из:FEP consists of:
- Фотокатодной камеры (4), которая представляет собой стеклянный цилиндр длиной 20 мм и диаметром 22 мм, на торце которого через коваровое кольцо (5) герметично вварено входное окно из оптического стекла, на внутренней поверхности которого нанесен фотокатод (6). Внутри цидиндра расположены фокусирующий и ускоряющий электроды, два испарителя сурьмы, расположенные определенным образом, источники калия и цезия (на рисунке не показаны). Цилиндр фотокатодной камеры (4) вварен в стеклянный диск диаметром 42-44 мм. Вокруг цилиндра на диаметре 34 мм в стеклянный диск вварены 20 коваровых выводов (7), которые служат для соединения электродов, расположенных внутри герметичного объема, с источниками питания снаружи (выводы показаны только с наружной стороны).- Photocathode chamber (4), which is a glass cylinder with a length of 20 mm and a diameter of 22 mm, at the end of which through an insidious ring (5) an entrance window of optical glass is hermetically welded, on the inner surface of which a photocathode (6) is applied. Inside the cylinder there are focusing and accelerating electrodes, two antimony evaporators located in a certain way, sources of potassium and cesium (not shown in the figure). The cylinder of the photocathode chamber (4) is welded into a glass disk with a diameter of 42-44 mm. Around the cylinder at a diameter of 34 mm, 20 treacherous leads (7) are welded into the glass disk, which serve to connect the electrodes located inside the sealed volume with power supplies from the outside (the leads are shown only from the outside).
- Динодной системы (8), которая служит усилению потока фотоэлектронов. Нами выбрана жалюзийная система из 12-ти динодов на основе бронзы Cu-Al-Mg. Тип жалюзи выбран от умножителя, рассчитанного для больших токов.- The dynode system (8), which serves to enhance the flow of photoelectrons. We have chosen a louvre system of 12 dynodes based on Cu-Al-Mg bronze. The type of blinds is selected from a multiplier designed for high currents.
- Система электродов (9), формирующих выходной электронный поток, позволяющая получить необходимый регулируемый фокус на аноде трубки.- A system of electrodes (9) that form the output electron stream, which makes it possible to obtain the necessary adjustable focus on the tube anode.
Работа катодного узла, включающего ФЭП, заключается в следующем.The operation of the cathode assembly, including the photomultiplier, is as follows.
Подают напряжение питания на электроды: фотокатод (6), фокусирующий и ускоряющий электроды (не показаны), диноды (7), выходные формирующие электроды (9). Общее напряжение питания фотоумножительной части катодного узла составляет порядка 1000-2000 В.The supply voltage is applied to the electrodes: a photocathode (6), focusing and accelerating electrodes (not shown), dynodes (7), output forming electrodes (9). The total supply voltage of the photomultiplier cathode assembly is about 1000-2000 V.
Другой источник питания подает высокое (10-50кВ) напряжение между выходными электродами и анодом (3).Another power source supplies a high (10-50 kV) voltage between the output electrodes and the anode (3).
Под воздействием света фотокатод (6) эмитирует поток электронов, который формируется электрическим полем фокусирующего и ускоряющего электродов и попадает на первый динод жалюзийной умножительной системы (7). Затем происходит покаскадное умножение электронов, после 12-го динода получаем усиленный поток электронов, который попадает под действие поля системы фокусирующих электродов (9) и ускоряется полем анода (3).Under the influence of light, the photocathode (6) emits an electron stream, which is formed by the electric field of the focusing and accelerating electrodes and falls on the first dynode of the louvre multiplier system (7). Then a cascade multiplication of electrons occurs, after the 12th dynode we obtain an amplified electron flux, which falls under the action of the field of the focusing electrode system (9) and is accelerated by the anode field (3).
Ниже приведены результаты измерений параметров фотоумножительной части фоторентгеновских трубок, показывающие возможность получения нормальных фотоэлектрических параметров в данной конструкции катодного узла:Below are the results of measurements of the parameters of the photomultiplier part of the fluoroscopic tubes, showing the possibility of obtaining normal photoelectric parameters in this design of the cathode assembly:
Проведены испытания нескольких макетов ФРТ в режиме ФЭУ при токах 1000 мкА. Результаты испытаний показали способность катодного узла работать при больших токах.Several models of PSF were tested in the PMT mode at currents of 1000 μA. The test results showed the ability of the cathode assembly to operate at high currents.
Разработанная конструкция катодного узла с развернутыми выводами и системами фокусировки, включающего ФЭП, позволила сделать рентгеновскую трубку, способную работать при напряжениях до 50 кВ, получить электронный пучок с фокусом необходимого размера и спектр рентгеновского излучения.The developed design of the cathode assembly with deployed leads and focusing systems, including a photomultiplier, made it possible to make an X-ray tube capable of operating at voltages up to 50 kV, to obtain an electron beam with a focus of the required size and an X-ray spectrum.
Рентгеновская трубка с предложенным катодным узлом может обеспечить работу в импульсном и непрерывном режимах, стабильность выходного сигнала в непрерывном режиме за счет обратной связи по управлению источником света, долговечность, быстродействие, малую мощность потребления.An X-ray tube with the proposed cathode assembly can provide pulsed and continuous operation, stability of the output signal in the continuous mode due to feedback on the control of the light source, durability, high speed, low power consumption.
Заявляемый катодный узел может использоваться и в других типах электровакуумных приборов, работающих при высоких напряжениях.The inventive cathode assembly can be used in other types of electrovacuum devices operating at high voltages.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011154772/07A RU2487433C1 (en) | 2011-12-29 | 2011-12-29 | Cathode pack of vacuum tube for high-voltage operation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011154772/07A RU2487433C1 (en) | 2011-12-29 | 2011-12-29 | Cathode pack of vacuum tube for high-voltage operation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2487433C1 true RU2487433C1 (en) | 2013-07-10 |
Family
ID=48788354
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011154772/07A RU2487433C1 (en) | 2011-12-29 | 2011-12-29 | Cathode pack of vacuum tube for high-voltage operation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2487433C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1109744A (en) * | 1966-02-11 | 1968-04-10 | Veniamin Aronovich Tsukerman | A flash x-ray tube |
RU2052856C1 (en) * | 1993-04-26 | 1996-01-20 | Олег Константинович Култашев | Cathode unit of electronic device |
WO2000042631A1 (en) * | 1999-01-18 | 2000-07-20 | The Wahoo Trust | High energy x-ray tube |
US20020063500A1 (en) * | 2000-11-30 | 2002-05-30 | Medirad I.R.T. Ltd. | Miniature X-ray tube constructions |
EA009410B1 (en) * | 2002-07-18 | 2007-12-28 | Юнайтед Стейтс Оф Америка Эз Репрезентед Бай Дзе Секретари Оф Дзе Эйр Форс | Field emission cold cathode |
RU2321096C1 (en) * | 2006-08-21 | 2008-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Cathode assembly for extensive-flow electron gun |
LV14047B (en) * | 2008-05-19 | 2010-01-20 | Aleksandr Sergeyevich Serebryakov | X-ray tube of continuous operation |
-
2011
- 2011-12-29 RU RU2011154772/07A patent/RU2487433C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1109744A (en) * | 1966-02-11 | 1968-04-10 | Veniamin Aronovich Tsukerman | A flash x-ray tube |
RU2052856C1 (en) * | 1993-04-26 | 1996-01-20 | Олег Константинович Култашев | Cathode unit of electronic device |
WO2000042631A1 (en) * | 1999-01-18 | 2000-07-20 | The Wahoo Trust | High energy x-ray tube |
US20020063500A1 (en) * | 2000-11-30 | 2002-05-30 | Medirad I.R.T. Ltd. | Miniature X-ray tube constructions |
EA009410B1 (en) * | 2002-07-18 | 2007-12-28 | Юнайтед Стейтс Оф Америка Эз Репрезентед Бай Дзе Секретари Оф Дзе Эйр Форс | Field emission cold cathode |
RU2321096C1 (en) * | 2006-08-21 | 2008-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Cathode assembly for extensive-flow electron gun |
LV14047B (en) * | 2008-05-19 | 2010-01-20 | Aleksandr Sergeyevich Serebryakov | X-ray tube of continuous operation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6138686B2 (en) | Electron multiplier with nanodiamond layer | |
Wiley et al. | Electron multipliers utilizing continuous strip surfaces | |
US2612610A (en) | Radiation detector | |
JP2007280958A (en) | Radiation tube system of carbon nanotube substrate separation type for electron beam generation of micro focusing level | |
JP2007128863A (en) | Cascade-connection image intensifier | |
US8081734B2 (en) | Miniature, low-power X-ray tube using a microchannel electron generator electron source | |
US5768337A (en) | Photoelectric X-ray tube with gain | |
US2575769A (en) | Detection of ions | |
RU2487433C1 (en) | Cathode pack of vacuum tube for high-voltage operation | |
US3681606A (en) | Image intensifier using radiation sensitive metallic screen and electron multiplier tubes | |
RU123222U1 (en) | ELECTRIC VACUUM APPLIANCE CATHODE ASSEMBLY | |
CN109273345B (en) | Non-contact object surface charge photomultiplier amplifier | |
US3128406A (en) | Radiation image pickup tube | |
CN109686640B (en) | Flat multiplication image enhancer and multiplication method | |
US20070051879A1 (en) | Image Intensifier Device and Method | |
US2868994A (en) | Electron multiplier | |
US3099764A (en) | Photomultiplier tube | |
US3109115A (en) | Magnetron type ionization gauges | |
RU128395U1 (en) | ELECTRIC VACUUM APPLIANCE CATHODE ASSEMBLY | |
US3254252A (en) | Image device | |
RU2686065C1 (en) | Method of manufacturing an ion-barrier film on a microchannel plate | |
RU2616973C1 (en) | Method for producing photoelectric device | |
JP2024015761A (en) | vacuum tube | |
RU2624910C2 (en) | Method for producing photoelectric device | |
US11201041B2 (en) | Gas electron multiplier board photomultiplier |