1.2. Конструкция катодного узла.
Основными элементами катодного узла рентгеновского прибора являются: источник электронов (нить накала или автоэмиттер); устройство, фокусирующее электроны; стеклянная ножка, на которой укрепляются эти элементы.
Источником электронов в большинстве современных рентгеновских приборов служит термокатод. К термокатодам трубок наряду с общими требованиями к катодам электровакуумных приборов (обеспечивать необходимый и устойчивый ток эмиссии в процессе всего срока службы, хорошо обезгаживаться и не ухудшать вакуум в приборе в рабочих режимах, иметь достаточный срок службы и т. д.) предъявляется и ряд специальных требований: стабильности работы при большой напряженности поля на поверхности катода и возможности регулировки температуры катода (тока эмиссии) в широких пределах. Учитывая, что мощность рентгеновских трубок в основном ограничена тепловым режимом анода, а не плотностью тока с катода, обычно в качестве источников электронов используют термокатоды из чистого или карбидированного торированного вольфрама.
Рабочие температуры вольфрамового катода лежат в пре делах 2300—2650 К, при этом плотность тока эмиссии может составлять 0,3—0,7 А/см при эффективности 2—10 мА/Вт.
Важнейшими элементами катодного узла являются прямонакальный катод, фокусирующий электрод и высоковольтный изолятор. Обычно катод и фокусирующий электрод монтируются на катодной ножке, которая в процессе изготовления трубки соединяется с ее вакуумной оболочкой. На рис. 3 показана конструкция собранного катодного узла. Катод изготавливают из вольфрамовой проволоки диаметром 0,2-0,3 мм в виде винтовой спирали. Вольфрамовый катод 1, закрепленный в молибденовых стойках 2, и керамические изоляторы 3, устанавливается в держателе катода 4. К последнему приварен фокусирующий электрод 5. Вводы электрически соединены с молибденовыми стойками катода и служат для подключения источника накала. Для экранирования деталей малого радиуса используется тонкостенный металлический цилиндр (катодный экран) 4 (он же выполняет функции держателя катода).
Рис.3. Конструкция катодного узла.
Как правило, трубки изготавливают в двух конструктивных вариантах: с вертикальным или горизонтальным катодным узлом. В первом случае они имеют четыре рабочих пучка излучения (две точечные и две штриховые проекции действительного фокусного пятна); во втором – два пучка (две точечные либо две вертикальные штриховые проекции). Обычно угол отбора излучения выбирают таким, чтобы точечные эффективные фокусные пятна имели форму квадрата.
Во всех современных серийно выпускаемых трубках с вращающимся анодом предусмотрена либо дискретная, либо плавная регулировка размеров действительного фокусного пятна. Дискретная регулировка осуществляется при помощи сменных элементов электронно-оптической системы. Поскольку смена последних может быть выполнена лишь после разгерметизации прибора, указанный метод не позволяет осуществить регулировку размеров пятна непосредственно в процессе работы трубки. В этом состоит принципиальный недостаток метода. Плавная регулировка может быть осуществлена в работающей трубке. Катодный узел соответствующих приборов имеет более сложную конструкцию. Он дополнительно содержит механизмы для взаимного перемещения элементов ЭОС и устройства для измерения этих перемещений. Например, в некоторых аппаратах можно плавно регулировать как глубину посадки катода в щели фокусирующего электрода, так и расстояние между фокусирующим электродом и вращающимся анодом при неизменной глубине посадки катода.
Следует отметить, что при плавной регулировке соотношение между сторонами действительного фокусного пятна (а следовательно, и сторонами его проекций при фиксированном положении рабочих пучков излучения) может меняться. Поскольку при некоторых кристаллографических экспериментах требуется приблизительно квадратная форма точечных проекций, возникают определенные ограничения диапазона плавной регулировки. В частности, некоторые трубки комплектуются двумя наборами элементов ЭОС (катодов и фокусирующих электродов).
Распределение плотности тока по радиусу круглого или по ширине линейного действительного фокусного пятна называется структурой фокусного пятна. В ряде случаев, например в трубках для структурного анализа, стремятся иметь равномерную структуру фокусного пятна. Для некоторых применений рентгеновского излучения, в частности для терапии, структура пятна существенной роли не играет.