RU95950U1

RU95950U1 - PULSE X-RAY GENERATOR

Info

Publication number: RU95950U1
Application number: RU2010110444/22U
Authority: RU
Inventors: Евгений Абрамович Пеликс
Original assignee: Евгений Абрамович Пеликс
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2010-07-10

Abstract

Импульсный генератор рентгеновского излучения, содержащий высоковольтный импульсный трансформатор, разрядник-обостритель, конструктивную выходную емкость, рентгеновскую трубку и шунтирующую трубку индуктивность, коаксиально расположенные в корпусе генератора, заполненном жидким диэлектриком, отличающийся тем, что указанный корпус генератора выполнен в виде цилиндра, наружная поверхность которого выполнена из токопроводящего материала, а внутренняя - из диэлектрика, толщина которого определяется из соотношения: ! d=U/E, ! где d - толщина диэлектрика, мм; ! U - амплитуда импульса напряжения на выходе импульсного трансформатора, кВ; ! Е - допустимая для данного диэлектрика напряженность электрического поля, кВ/мм. A pulsed X-ray generator containing a high-voltage pulse transformer, a surge arrester, a structural output capacitance, an X-ray tube and a shunt tube inductance coaxially located in a generator housing filled with a liquid dielectric, characterized in that the generator housing is made in the form of a cylinder, the outer surface of which made of conductive material, and the inside of the dielectric, the thickness of which is determined from the ratio:! d = U / E,! where d is the thickness of the dielectric, mm; ! U is the amplitude of the voltage pulse at the output of the pulse transformer, kV; ! E - permissible electric field strength for a given dielectric, kV / mm.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к источникам рентгеновского излучения, в частности, к импульсным генераторам рентгеновского излучения наносекундной длительности и может быть использована в портативных медицинских диагностических аппаратах.The proposed utility model relates to x-ray sources, in particular, to pulsed x-ray generators of nanosecond duration and can be used in portable medical diagnostic devices.

Основным параметром импульсных генераторов рентгеновского излучения является мощность излучения в импульсе, которая определяется емкостью высоковольтного конденсатора. Возможности использования таких генераторов в различных областях науки и техники определяются также их габаритно-весовыми характеристиками.The main parameter of pulsed X-ray generators is the radiation power in the pulse, which is determined by the capacitance of the high-voltage capacitor. The possibilities of using such generators in various fields of science and technology are also determined by their overall weight characteristics.

Известен, например, импульсный генератор рентгеновского излучения, содержащий импульсный высоковольтный трансформатор, разрядник-обостритель, выходную конструктивную емкость, рентгеновскую трубку, шунтирующую трубку индуктивность, коаксиально расположенные в металлическом корпусе [патент РФ на изобретение №2251230, H01G 1/22, 27.04.2005.]. Конденсатор представляет собой выходную конструктивную емкость, выполненную в виде трех коаксиально расположенных цилиндров, один из которых является корпусом генератора, второй соединен с импульсным высоковольтным трансформатором, а третий служит частью корпуса излучателя, включающего рентгеновскую трубку. Корпус генератора заполнен жидким диэлектриком.Known, for example, is a pulsed X-ray generator containing a pulsed high-voltage transformer, a surge arrester, an output structural capacitance, an X-ray tube, a shunt tube, an inductance coaxially located in a metal casing [RF patent for the invention No. 2251230, H01G 1/22, 04/27/2005 .]. The capacitor is an output structural tank made in the form of three coaxially arranged cylinders, one of which is the generator housing, the second is connected to a high-voltage pulse transformer, and the third serves as a part of the emitter housing, including an x-ray tube. The generator housing is filled with a liquid dielectric.

Такая конструкция генератора достаточно компактна и позволяет получить достаточно большую мощность в начальный период работы генератора.This design of the generator is quite compact and allows you to get a sufficiently large power in the initial period of operation of the generator.

Недостатком такого генератора является нестабильность его работы во времени, обусловленная тем, что в процессе работы генератора жидкий диэлектрик, заполняющий полость корпуса нагревается и его объемное сопротивление уменьшается.The disadvantage of this generator is the instability of its operation over time, due to the fact that during the operation of the generator, the liquid dielectric filling the cavity of the housing is heated and its volume resistance decreases.

Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является импульсный генератор рентгеновского излучения, содержащий импульсный высоковольтный трансформатор, разрядник-обостритель, выходную конструктивную емкость, рентгеновскую трубку, шунтирующую трубку индуктивность, коаксиально расположенные в металлическом корпусе [патент РФ на изобретение №2331164, Н01G 1/22, 09.01.2007.]. Конденсатор представляет собой выходную конструктивную емкость, выполненную в виде трех коаксиально расположенных цилиндров, один из которых является корпусом генератора, второй соединен с импульсным высоковольтным трансформатором, а третий служит частью корпуса излучателя, включающего рентгеновскую трубку. Корпус генератора заполнен жидким диэлектриком.The closest analogue of the proposed utility model is a pulsed X-ray generator containing a pulsed high-voltage transformer, a surge arrester, an output structural capacitance, an X-ray tube, a shunt tube inductance coaxially located in a metal casing [RF patent for the invention No. 2311164, Н01G 1/22, 01/09/2007.]. The capacitor is an output structural tank made in the form of three coaxially arranged cylinders, one of which is the generator housing, the second is connected to a high-voltage pulse transformer, and the third serves as a part of the emitter housing, including an x-ray tube. The generator housing is filled with a liquid dielectric.

Недостатком такого генератора является сравнительно небольшая мощность излучения, обусловленная тем, что объемное сопротивление жидкого диэлектрика при работе генератора уменьшается из-за нагревания. Это обстоятельство заставляет увеличивать зазор между корпусом генератора и поверхностью разрядника-обострителя, следовательно, уменьшать выходную конструктивную емкость, которая главным образом и определяет мощность рентгеновского излучения. Кроме того, увеличение зазора между корпусом излучателя и поверхностью разрядника-обострителя приводит к увеличению габаритов генератора в целом.The disadvantage of this generator is the relatively small radiation power, due to the fact that the volume resistance of the liquid dielectric during the operation of the generator decreases due to heating. This circumstance forces to increase the gap between the generator housing and the surface of the arrester-sharpener, therefore, to reduce the output structural capacity, which mainly determines the power of x-ray radiation. In addition, an increase in the gap between the case of the emitter and the surface of the arrester-sharpener leads to an increase in the dimensions of the generator as a whole.

Задача полезной модели заключается в создании импульсного генератора рентгеновского излучения с большой мощностью излучения при меньших габаритах по сравнению с прототипом. Техническим результатом предлагаемого полезной моделью решения является увеличение электрической прочности изоляции внутри генератора, что позволяет существенно увеличить конструктивную выходную емкость, обеспечить стабильную работу генератора и уменьшить его габариты.The objective of the utility model is to create a pulsed x-ray generator with a large radiation power at a smaller size compared to the prototype. The technical result of the proposed utility model of the solution is to increase the dielectric strength of the insulation inside the generator, which can significantly increase the constructive output capacity, ensure stable operation of the generator and reduce its dimensions.

Достижение технического результата обеспечивается в предлагаемой полезной модели тем, что в импульсном генераторе рентгеновского излучения, содержащем высоковольтный импульсный трансформатор, разрядник-обостритель, конструктивную выходную емкость, рентгеновскую трубку и шунтирующую трубку индуктивность, коаксиально расположенные в корпусе генератора, заполненном жидким диэлектриком, корпус генератора выполнен в виде цилиндра, наружная поверхность которого выполнена из токопроводящего материала, а внутренняя - из диэлектрика, толщина которого определяется из соотношения d=U/E, где d - толщина диэлектрика, мм; U - амплитуда импульса напряжения на выходе импульсного трансформатора, кВ; Е - напряженность электрического поля, не приводящая к пробою используемого твердого диэлектрика, кВ/мм.The achievement of the technical result is provided in the proposed utility model by the fact that in a pulsed x-ray generator containing a high-voltage pulse transformer, a surge arrester, a constructive output capacitance, an x-ray tube and a shunt tube inductance coaxially located in a generator housing filled with a liquid dielectric, the generator case is made in the form of a cylinder, the outer surface of which is made of conductive material, and the inner - of a dielectric, thick the width of which is determined from the relation d = U / E, where d is the thickness of the dielectric, mm; U is the amplitude of the voltage pulse at the output of the pulse transformer, kV; E is the electric field strength, not leading to the breakdown of the used solid dielectric, kV / mm

Таким образом, электрическая прочность изоляции внутри генератора обеспечивается за счет толщины твердого диэлектрика, а жидкий диэлектрик выполняет роль хладагента. При этом, поскольку электрическая прочность твердого диэлектрика, как правило, не зависит от температуры окружающей среды в широком диапазоне температур, зазор между токопроводящим (металлическим) наружным слоем корпуса генератора и поверхностью разрядника-обострителя может быть существенно меньше по сравнению с зазором в прототипе, и, следовательно, выходная емкость существенно больше, что обеспечивает увеличение мощности излучения генератора.Thus, the dielectric strength inside the generator is ensured by the thickness of the solid dielectric, and the liquid dielectric acts as a refrigerant. Moreover, since the dielectric strength of a solid dielectric, as a rule, does not depend on the ambient temperature over a wide temperature range, the gap between the conductive (metal) outer layer of the generator housing and the surface of the sharpener can be significantly less than the gap in the prototype, and therefore, the output capacitance is much larger, which provides an increase in the radiation power of the generator.

Кроме того, объем генератора в целом получается меньше, что является немаловажным обстоятельством при конструировании переносных рентгеновских приборов.In addition, the volume of the generator as a whole is less, which is an important factor in the design of portable x-ray devices.

На чертеже показан один из вариантов предлагаемого импульсного генератора рентгеновского излучения.The drawing shows one of the options proposed pulsed x-ray generator.

Корпус генератора представляет собой цилиндр, наружная поверхность 1 которого выполнена из металла, а внутренняя поверхность 2 - из твердого диэлектрика. Внутри корпуса коаксиально расположены импульсный трансформатор 3, разрядник-обостритель 4, рентгеновская трубка 5 с холодным катодом и шунтирующая трубку 5 индуктивность 6. Внутренний объем генератора заполнен жидким диэлектриком 7, в качестве которого выбрано трансформаторное масло. Цилиндрическая наружная поверхность 1 корпуса генератора, корпус разрядника-обострителя 4 и корпус рентгеновской трубки 5 образуют выходную конструктивную емкость.The generator housing is a cylinder, the outer surface 1 of which is made of metal, and the inner surface 2 of solid dielectric. A pulse transformer 3, an arrester-sharpener 4, an X-ray tube 5 with a cold cathode and a shunt tube 5 inductance 6 are coaxially located inside the housing. The internal volume of the generator is filled with a liquid dielectric 7, for which transformer oil is selected. The cylindrical outer surface 1 of the generator housing, the housing of the arrester-sharpener 4 and the housing of the x-ray tube 5 form an output structural tank.

Импульсный генератор рентгеновского излучения работает следующим образом. Импульс высокого напряжения микросекундной длительности, формируемый импульсным трансформатором 3, заряжает выходную конструктивную емкость, которая разряжается через разрядник-обостритель 4 при электрическом пробое его газового промежутка. В результате, на аноде рентгеновской трубки 5 возникает импульс высокого напряжения длительностью порядка 10^-8 сек. При столь коротком воздействии в трубке 5 образуется плазменный факел, сопровождающийся интенсивной вспышкой рентгеновского излучения.A pulsed x-ray generator operates as follows. A high voltage pulse of microsecond duration, formed by a pulse transformer 3, charges the output structural capacity, which is discharged through a surge arrester 4 during electrical breakdown of its gas gap. As a result, a high voltage pulse with a duration of the order of 10 ^-8 sec occurs at the anode of the X-ray tube 5. With such a short exposure, a plasma torch forms in the tube 5, accompanied by an intense flash of x-ray radiation.

Заявленное техническое решение было реализовано в опытном образце переносного медицинского аппарата с динамическим напряжением срабатывания рентгеновской трубки 130-140 кВ. Генератор обладает весом 2 кг при габаритных размерах ⌀100 мм × 350 мм при выходной конструктивной емкости 50 пкФ. Указанные параметры позволяют использовать данный излучатель в качестве моноблока портативного медицинского аппарата для работы в полевых условиях.The claimed technical solution was implemented in a prototype of a portable medical device with a dynamic response voltage of an x-ray tube 130-140 kV. The generator has a weight of 2 kg with overall dimensions of ⌀100 mm × 350 mm with an output structural capacity of 50 pcF. These parameters allow you to use this emitter as a monoblock of a portable medical device for working in the field.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает электрическую прочность изоляции внутри генератора и, тем самым, его стабильную работу, а также позволяет существенно увеличить конструктивную выходную емкость и, при этом, уменьшить габариты генератора.Thus, the proposed technical solution provides the dielectric strength of the insulation inside the generator and, thereby, its stable operation, and also allows to significantly increase the structural output capacity and, at the same time, reduce the dimensions of the generator.

Claims

A pulsed X-ray generator containing a high-voltage pulse transformer, a surge arrester, a structural output capacitance, an X-ray tube and a shunt tube inductance coaxially located in a generator housing filled with a liquid dielectric, characterized in that the generator housing is made in the form of a cylinder, the outer surface of which made of conductive material, and the inside of the dielectric, the thickness of which is determined from the ratio:

d = U / E,

where d is the thickness of the dielectric, mm;

U is the amplitude of the voltage pulse at the output of the pulse transformer, kV;

E - permissible electric field strength for a given dielectric, kV / mm.