Расчет электрической прочности трубки

Стр 1 из 3Следующая ⇒

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

Электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра Электронных приборов и устройств

Курсовая РАБОТА

По дисциплине «Источники рентгеновского излучения»

Тема: разработка рентгеновской трубки

Студент гр. 1202		Киселев А. С.
Преподаватель		Грязнов А. Ю.

Санкт-Петербург

2015

СОДЕРЖАНИЕ

1.Введение. 3

Исходные данные. 6

Расчет электрической прочности трубки. 6

Расчет теплового режима анода рентгеновской трубки. 7

Расчет системы масляного охлаждения. 8

Расчет диаграммы направленности трубки. 10

Расчет спектральной плотности потока трубки. 12

Описание серийно выпускаемого аналога. 13

Заключение. 14

Список используемых источников. 15

Введение

Рентгеновская аппаратура занимает одно из ведущих мест в ряду средств, применяемых для изучения строения вещества, неразрушающего контроля качества изделий, радиационной технологии, исследования быстропротекающих процессов и решения других научных и технических задач. Функциональные возможности и технический уровень рентгеновской аппаратуры в значительной мере определяются параметрами используемых в ней источников излучения — рентгеновских трубок.

Трубки представляют собой обширный, динамически развивающийся класс электронных приборов. Постоянными стимулами его развития являются непрерывное повышение требований к параметрам рентгеновской аппаратуры и расширение сферы применения рентгеновского излучения.

Исторически первыми областями практического использования рентгеновского излучения явились медицинская диагностика и просвечивание материалов. Для получения теневых картин исследуемых объектов на начальном этапе развития рентгенотехники применялись ионные рентгеновские трубки. Работы Лилиенфельда и особенно Кулиджа (1912 — 1913 гг.) привели к созданию электронных трубок с термокатодом, получившей в дальнейшем исключительно большое развитие.

Открытие дифракции рентгеновской излучения в кристаллах (1912 г.) послужило основой для развития двух важнейших областей современной техники - рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов. Появились методы, позволяющие исследовать структуру кристаллических веществ на атомном уровне и определять элементный состав различных материалов. Для их практической реализации были разработаны трубки с различными мишенями и выпускными окнами слабо поглощающими длинноволновое излучение.

В последующие два десятилетия благодаря успехам вакуумной техники и технологии рентгеновские трубки были значительно усовершенствованы. На рубеже 30-40-х годов родилась новая область применения рентгеновского излучения - рентгенография быстропротекающих процессов с помощью мощных вспышек рентгеновского излучения (Штеенбек, Оостеркампф, Слэк, Эрке, В. А. Цукерман и др). В 50-х годах в аппаратуре микросекундного диапазона, предназначенной для исследования явлении взрыва, детонации, внешней и внутренней баллистики, динамического уплотнения материалов и других процессов, начали применять трубки с автоэмиссионным и катодами.

Создание приборов с фокусным пятом диаметром 0,5-1 мкм привело к широкому применению в промышленности и научных исследованиях метода проекционной рентгеновской микроскопии, с помощью которого изучают фазовый и элементный состав сплавов, процессы коррозии и диффузии металлов: осуществляют неразрушающий контроль качества изделий микроэлектроники и полупроводниковой техники и т. д. Эффективным средством неразрушающего контроля изделий электронной промышленности стали рентгенотелевизионные микроскопы, разработанные в 60-х годах.

На данный момент благодаря успехам вакуумной техники и технологии рентгеновские трубки значительно усовершенствованы. Развитая номенклатура существующих рентгеновских трубок позволяет решить широчайший спектр практических задач различного рода: рентгеноструктурный и рентгеноспектральный анализы, рентгенография быстропротекающих процессов, исследование фазового и элементного состава в промышленных и научных целях, контроль качества изделий микроэлектроники и полупроводниковой техники, рентгеновская локация,рентгенолюминесцентная сепарация горных пород, рентгенолитография и многое другое.

Условное обозначение рентгеновских приборов (маркировка) определено в ГОСТ 11.073.807—82 «Приборы электровакуумные. Система условных обозначений» и отражает назначение, а иногда и основные параметры приборов. В соответствии с ГОСТ условное обозначение включает в себя комбинацию цифр и букв: цифра \ буквы \ цифра \ - цифра.

Для рентгеновских трубок промышленного просвечивания и структурного и спектрального анализов первая цифра означает предельную допустимую мощность при длительном включении в киловаттах. Далее следует буква, обозначающая способ защиты от излучения: «Р» — обеспечивается полная защита; «Б» — требуется дополнительная защита элементами кожуха или моноблока аппарата. Следующая буква обозначает область применения: «П» - для промышленного просвечивания; «X» - для спектрального анализа; «С» - для структурного анализа; «М» - для медицинского просвечивания; «Т» - для терапии; «Д» - для дефектоскопии.

Третья буква обозначает характер (способ) принудительного охлаждения: «В» - водяное; «К» - воздушное; «М» - масляное. Отсутствие третьей буквы означает охлаждение естественной конвекцией или лучеиспусканием. Следующая за буквами цифра обозначает порядковый номер прибора в данной группе.

Для трубок промышленного просвечивания следующая цифра (пишется через дефис) указывает предельное допустимое анодное напряжение в киловольтах. Для трубок структурного и спектрального анализов последним элементом условного обозначения (пишется через дефис) является символ материала мишени анода. Иногда после стандартного обозначения трубки добавляется римская цифра в скобках, указывающая на внешнее конструктивное оформление прибора (если этого требуют различные конструкции защитных кожухов аппаратуры старых и новых модификаций). Информация о различии в конструктивном исполнении приводится в паспорте на прибор и в рекламных сообщениях.

Исходные данные

Данные для расчета и проектирования рентгеновской трубки приведены в Таблице №1.

Табл. №1. Данные для расчета и проектирования

Назначение трубки	Тип конструкции	U, кВ	Р, кВт	Размер фокусного пятна, мм	Материал мишени
Просвечивание	С чехлом на аноде	333	3,99	4	W

Расчет электрической прочности трубки

Для определения расстояния между катодом и анодом, можно воспользоваться условием, что на каждые 10 кВ питающего напряжения нужно давать 1 мм зазора. Таким образом, получаем, что расстояние между анодом и катодом не может быть меньше 10 мм. Пробивное напряжение между электродами можно рассчитать по формуле:

C и k коэффициенты, зависящие от конфигурации электродов, формы кривой напряжения и некоторых других факторов. Предположим, что С=47 кВ/мм, k=0.6, d=37 мм, получаем:

Расстояние от электродов до баллона r _э-б должно выбираться из условий обеспечения безопасной разности потенциалов U₀₁ и U₀₂ между электродом и баллоном:

r _э-б ³ 0,1 B U ₀₁ (1)

r _э-б ³ 0,1 B U ₀₂ (2)

где B = 1,25 мм/кВ – коэффициент, зависящий от конфигурации электродов, кривой приложенного напряжения, режима работы и других факторов.

Рис. 1. Распределение потенциала вдоль баллона трубки (1)
и в межэлектродном пространстве (2)

Таким образом, при напряжении на трубке в 333 кВ получаем:

Расчет теплового режима анода
рентгеновской трубки

Необходимые параметры анода, для расчета теплового режима приведены в Таблице №2.

Табл. 2. Параметры анода для расчета теплового режима

Радиус анода, см	Толщина анода, см	Радиус фокусного пятна, см	Толщина мишени, см	Температура охлаждаемой стенки, ⁰С	Теплопро-водность вольфрама, Вт/(см град)	Теплопро-водность меди, Вт/(см град)
1.8	3,5	0.4	0.24	100	1.2	3.7