3.3.4. Траекторный анализ электронного пучка в межэлектродном промежутке

Заключительный этап разработки катодного узла – определение оптимальной геометрической формы щели катодной головки, а также выбор глубины посадки катода в ней для получения фокусного пятна необходимых размеров.

Для этих целей был выполнен программный расчет траекторий электронного пучка в конструкции рентгеновской трубки с различными размерами щели. Далее на основе полученных результатов была выбрана конструкция, при которой фокусное пятно имело наименьшие размеры. Расчет производился с помощью программного комплекса TAU, который применяется на предприятии ЗАО «Светлана-Рентген» для траекторного анализа Программный комплекс TAU предназначен для моделирования потоков заряженных частиц в статическом и квазистационарном приближении в электронных приборах и установках различного назначения. Моделирование электродов производилось в графическом редакторе Constructor Electron Devices (CED). Он применяется для построения и редактирования 2D и 3D конструкций при моделировании электронных приборов с помощью программного комплекса TAU.

Форма щели катодной головки определяется несколькими размерами. Прежде всего, это наружная ширина щели (рис.50,W) и ее глубина (рис.50,h). Кроме этого существенное значение имеет глубина посадки спирали катода (рис.50,x) относительно паза в головке, и ширина самого паза (рис.50,w). От выбора этих размеров в большей степени зависит траектория электронного пучка. Поскольку на начальном этапе разгона скорость электронов еще не высока, в области катода они легко изменяют траекторию своего движения под действием внешнего электрического поля, в то время как в анодной области траекторию электронного пучка изменить уже достаточно сложно в виду высокой скорости электронов и, как следствие, их большой инерции.

Ниже показано изображение щели катодной головки рентгеновской трубки TFS-3007-HP, с указанием основных размеров.

Р ис.50. Форма щели катодной головки с обозначением размеров, определяющих форму щели (в скобках указаны размеры щели для трубки TFS-3007-HP)

На основании выполненных расчетов была выбрана форма катодной щели для трубки 0,3РСВ1-Cr, имеющая следующие размеры:

W = 3,6 мм

W = 1,5 мм

h = 2 мм

x = 0,15 мм

Размер фокусного пятна при такой конфигурации катодной щели составляет 0,4 мм (если за границу фокусного пятна принимать 25% интенсивности от максимума).

Результаты расчета траектории электронного пучка и размера фокусного пятна представлены в приложении 2.

3.4. Разработка изолятора

3.4.1. Разработка баллона

Рентгеновская трубка 0,3РСВ1-Cr имеет баллон цилиндрической формы, который будет поставляться немецкой фирмой Schott. Стекло из которого выполнен баллон имеет марку 8245. Это боросиликатное, в котором

щелочные компоненты в исходном сырье заменены на окись бора (B₂O₃). Этим достигается повышенная химическая стойкость и малый коэффициент температурного расширения — до 3,3·10⁻⁶ при 20°C. Малое значение коэффициента температурного расширения позволяет стеклу не трескаться при резких изменениях температуры. Этим обусловлено его применение в качестве материала для изготовления баллонов рентгеновских трубок, поскольку испытывают частые термические нагрузки.

Диаметр баллона выбирался исходя из необходимости обеспечения предельно возможной электрической прочности трубки. С внутренней стороны необходимо было обеспечить минимально допустимый зазор в 2 мм между баллоном и анодным экраном, который имеет диаметр 18 мм.

С внешней стороны диаметр баллона ограничен диаметром кожуха, расстояние до которого и будет определять электрическую прочность прибора. Чем оно больше, тем большее напряжение сможет выдержать рентгеновская трубка. Кожух имеет внутренний диаметр равный 30,5 мм.

В конечном итоге был выбран баллон с внешним диаметром в 24 мм и толщиной стекла 1,5 мм.