3.2. Разработка анодного узла
3.2.1. Выбор геометрии расположения мишени и выходного окна анодного узла
Разработка анодного узла началась с разработки рентгенооптической схемы. Она включает в себя угол наклона мишени, расстояние от центра мишени до выходного окна и диаметра выходного окна. Все параметры выбирались исходя из необходимости гарантированного получения угла выхода рентгеновского излучения в 40 градусов, а также обеспечения линейного размера эффективного фокусного пятна 0,5мм.
По завершению расчета были получены следующие результаты:
1. Угол наклона мишени к оси трубки: 23⁰.
2. Расстояние от центра мишени до центра выходного окна: 9,5 мм.
3. Диаметр выходного окна: 8 мм.
Н
иже
для наглядности приведен эскиз анодного
узла с указанными размерами.
Рис. 40. Сборочный чертеж анодного узла
3.2.2. Тепловой расчет анода
Следующий этап разработки анодного узла - выполнение теплового расчета анода. Данный расчет позволяет определить максимальную температуру в наиболее разогреваемых областях анода ‒ мишени, а также на границе мишень-анод. Это дает информацию о предельно допустимых нагрузках, которые сможет выдержать мишень анода и не расплавиться при этом. Стоит отметить, что на результат также влияет размер фокусного пятна и материал мишени.
Расчет производился в специализированной программе Anod_T_Stat, написанной на языке Visual Fortran, созданной и используемой на предприятии ЗАО «Светлана-Рентген». Для выполнения расчета необходимо ввести исходные данные. К ним относятся геометрические размеры рассчитываемого анода, размеры действительного фокусного пятна, материал и толщину мишени, тип и параметры охлаждения анода, а также мощность, подводимую к мишени.
Поскольку анод разрабатываемой рентгеновской трубки имеет сложную форму, расчет производился для анода упрощенной формы. В качестве эквивалента реальному анода был взять медный цилиндр с диаметром 7,3мм и высотой 7,5мм, из которых 5мм непосредственно охлаждаются водой. На торце анода располагается мишень из Cr толщиной 80 мкм.
Ниже приведены результаты теплового расчета анода.
Исходные данные:
Фокусное пятно линейное Теплоноситель вода Мощность рт квт 0.30 Диаметр фокусного пятна ( круглого ) мм 0.00 Ширина действительного фокусного пятна мм 0.50 0.50 Длина действительного фокусного пятна мм 0.50 1.28 Угол наклона анода град 23.00 Наружный диаметр анода мм 7.30 Толщина мишени мм 0.08 Толщина анода ( без мишени ) мм 2.50 Коэффициент теплоотдачи квт / м2∙к 64.46 Средняя температура теплоносителя град 20.00 К-т теплопроводности материала мишени вт/м∙к 93.90 К-т теплопроводности материала анода вт/м∙к 330.00 К-т температуропроводности материала мишени вт/м∙к 30.00 К-т температуропроводности материала анода вт/м∙к 85.50 Макс. Допустимая температура нагрева мишени град 1600.00 Макс. Допустимая тем. Нагр. Спая мишень-анод град 700.00 Макс. Допустимая темп. Нагрева торца град 150.00
Параметры системы охлаждения рт:
Диаметр торцевой поверхности радиатора мм 7.20 Высота цилиндрической поверхности радиатора мм 5.00 Наружный диаметр патрубка охладителя мм 3.10 Внутренний диаметр патрубка охладителя мм 2.40 Объёмный расход теплоносителя л / мин 1.00 Средняя температура теплоносителя град. 20.00 Температура центра фокусного пятна град 1019.17 Температура центра спая мишень - анод град 633.54 Температура центра охлаждаемого торца град 134.87
Рис. 41. Кривые распределения температуры мишени по радиусу и по толщине
Рис. 42. Кривые распределения температуры анода по радиусу и по толщине
Полученные результаты полностью удовлетворяют поставленным требованиям и позволяют утверждать, что на мишени рентгеновской трубки не будет появляться подплавлений, расслоений, трещин и других повреждений, связанных с перегревом, при работе в номинальном режиме.