| Пріоритети: | Використання: рентгенівська техніка при створенні рентгенівських трубок з анодом, що обертається. Сутність винаходу: рентгенівська трубка містить анод 1, що обертається, катодний вузол 2, вакуумну колбу 3, статор 4, склянки 5,6, акумулятор 7 тепла, мішень 8, рідкий метал 9, концентричні кільцеві виступи 10, теплову трубу 11, проточ. 1 з. п. ф-ли, 1 іл.
Малюнки до патенту Україна 2047244
Винахід відноситься до рентгенівських трубок з анодом, що обертається, що працює в циклічному режимі, і може бути використане в томографах великої потужності для медичних досліджень.
Відома рентгенівська трубка, що містить обертовий анод, виконаний у вигляді перевернутої чаші, яка частково занурена у ванну з легкоплавким металом і спирається на підшипник, встановлений на опорі, що охолоджується холодоагентом [1] Однак використання у відомій рентгенівській трубці з низьким тиском пари обумовлює невисоку інтенсивність її охолодження. Крім того, конструктивна схема охолодження анода цієї рентгенівської трубки виключає можливість сканування рентгенівського випромінювання у вертикальній площині.
Найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого рішення є рентгенівська трубка, що містить вакуумну колбу, катодний вузол, статор і анод, що обертається, що складається з мішені і циліндричного порожнистого корпусу,всередині якого з утворенням зазору, заповненого рідким металом з низьким тиском пари, встановлений акумулятор тепла, з'єднаний із системою охолодження проточним холодоагентом [2] Однак конструкція рентгенівської трубки не є оптимальною з точки зору інтенсивності її охолодження, що обумовлено передачею теплової енергії від мішені до системи проточного холодоагенту лише за рахунок теплопровідності матеріалу анода. З іншого боку, через обмежену площу тепловіддачі в акумуляторі тепла при пікових теплових навантаженнях можливе закипання холодоагенту, що також суттєво знижує ефективність охолодження рентгенівської трубки.
Необхідний технічний результат полягає в інтенсифікації охолодження потужних рентгенівських трубок, що працюють у циклічному режимі.
Необхідний технічний результат досягається тим, що в рентгенівській трубці, що містить вакуумну колбу, катодний вузол, статор і анод, що обертається, що складається з мішені і циліндричного порожнистого корпусу, всередині якого з утворенням зазору, заповненого рідким металом з парціальним тиском нижче тиску у вакуумній колбі, встановлений акумулятор тепла, з'єднаний з системою охолодження проточним холодоагентом, циліндричний порожнистий корпус обертового анода являє собою відцентрову теплову трубу, виконану у вигляді двох симетрично розміщених відносно центральної осі один в іншому склянок із замкнутою порожниною між ними, при цьому внутрішня поверхня стінки поверхнею кругового усіченого конуса і з'єднана з його дном за допомогою конічного кільця, що звужується до дна, на якому розташована мішень, а зовнішня поверхня дна внутрішньої склянки відцентрової теплової труби забезпечена концентричними кільцевими виступами, скошеними зсторони анода під кутом не більше 45 о до поверхні дна і розподіленими по діаметру з однаковим кроком, додатково введена низькотемпературна теплова труба, вбудована зоною випаровування у внутрішню порожнину тепла акумулятора, виконаного у вигляді склянки з подвійними стінками з порожниною між ними, зона конденсації цієї труби контактує із зоною розміщення проточного холодоагенту системи охолодження, замкнутий простір між стінками акумулятора заповнено легкоплавким металом, причому об'єм цього простору обернено пропорційний теплоємності та теплоті плавлення останнього.
Крім того, для досягнення оптимального технічного результату відцентрова теплова труба заправлена евтектичним натрій-калієвим сплавом з температурою плавлення не вище 273 К, замкнутий простір в акумуляторі тепла заповнено літієм, а як теплоносій для низькотемпературної теплової труби використана вода.
Аналіз науково-технічної літератури показав, що до дати подання заявки були відсутні рентгенівські трубки із зазначеною сукупністю суттєвих ознак. Отже, пропозиція відповідає вимогам новизни.
Крім того, необхідний технічний результат досягається введеною сукупністю суттєвих ознак, яка у відомій літературі не виявлена. Отже, пропозиція відповідає винахідницькому рівню.
При цьому рентгенівська трубка містить у своєму складі відомі елементи, а конструкція оригінальних елементів детально розкрита в описі та графічному матеріалі. Отже, пропозиція відповідає вимогам промислової застосування.
На кресленні представлена пропонована конструкція рентгенівської трубки.
Рентгенівська трубка містить анод 1, що обертається, і катодний вузол 2, встановлені всередині вакуумноїколби 3 і статор 4, розміщений зовні. Корпус анода, що обертається, 1 являє собою відцентрову теплову трубу, виконану у вигляді двох симетрично розташованих відносно центральної осі один в іншому склянок 5 і 6, замкнута порожнина між якими частково заповнена рідкометалічним теплоносієм з температурою плавлення не вище 273 К, наприклад, евтектичним наплавом. .
Усередині склянки 6 з утворенням зазору встановлений акумулятор тепла 7, виконаний у вигляді склянки з порожнистими стінками із замкнутим простір між ними, заповненим легкоплавким металом. Об'єм цього простору обернено пропорційний теплоємності і теплоті плавлення легокоплавкого металу, що застосовується. Бічна стінка зовнішнього склянки 5 анода 1 з'єднується з його дном за допомогою звужується конічного ділянки, на якому розміщена мішень 8. Зазор між склянкою 6 і акумулятором тепла 7 заповнений рідким металом 9 з низьким тиском пари, наприклад, галієм або галій-індійним сплавом. Внутрішня бічна поверхня зовнішньої склянки 5 виконана конічною, що розширюється в бік мішені 8, а зовнішня поверхня дна внутрішньої склянки 6 забезпечена концентричними кільцевими виступами 10, скошеними з боку центральної осі під кутом не більше 45 про розподіленими по діаметру з однаковим кроком. По осі анода 1 введена низькотемпературна теплова труба 11, зона випаровування якої вбудована у внутрішню порожнину тепла акумулятора 7, а зона конденсації контактує з проточним холодоагентом 12 системи охолодження. Обертання корпусу анода 1 забезпечується за допомогою підшипників 13, для яких зовнішня стінка тепла акумулятора 7 служить нерухомою опорою.
Запобігання витоку рідкого металу 9 із зазору при обертанні анода 1 здійснюється за допомогою гвинтоподібнихпазів 14, виконаних на внутрішній поверхні склянки 6. Рентгенівське випромінювання об'єкт виводиться через вікно 15.
Пропонована рентгенівська трубка працює в такий спосіб.
Подача електричного струму на обмотки статора 4 забезпечує обертання анода 1 зі швидкістю 6000-9000 об/хв, в результаті якого створюються відцентрове прискорення та його осьова складова: 2. R . sin , де кут між віссю анода 1 і внутрішньою поверхнею зовнішньої склянки 5. Величина осьової складової відцентрового прискорення при зазначених швидкостях обертання анода 1 і значенні кута близько 2 про досягає декількох десятків g, що забезпечує підведення до мішені 8 рідкометалевого теплоносія при будь-якій орієнтації в просторі. При бомбардуванні електронами мішені 8 за робочий цикл рентгенівської трубки виділяється велика кількість тепла, яке, розповсюджуючись по всій внутрішній поверхні анода 1 його і зростання температури відбувається до тих пір, поки не починає плавитися легкоплавкий метал в акумуляторі тепла 7, який прогрівається через шар рідкого металу 9. При цьому конденсат рідкометалевого теплоносія під дією відцентрових сил та їх осьової складової переноситься назад до мішені 8.
Концентричні кільцеві виступи 10 здійснюють скидання конденсату теплоносія з поверхні дна внутрішньої склянки 6 поверхню дна зовнішнього склянки 5, забезпечуючи тим самим підведення конденсату до мішені 8 з боку центральної осі анода 1.
За рахунок плавлення металу, яке супроводжується поглинанням теплової енергії, в акумуляторі 7 тепла досягаєтьсястабілізація температури анода досить низькому її рівні. Наприклад, для рентгенівської трубки томографа потужністю до 50 кВт, що працює протягом 5 с, достатньо заповнити акумулятор тепла 7 не більше 0,2 кг літію, щоб він поглинув всю теплову енергію, що виділилася на мішені 8, при цьому його температура не перевищить 470 К.
Відведення теплової енергії з акумулятора тепла 7 здійснюється в періоди між робочими циклами рентгенівської трубки за допомогою низькотемпературної теплової труби 11. Теплові труби, володіючи високими теплопередавальними характеристиками, здійснюють трансформацію теплових потоків, яку можна використовувати для зменшення щільності теплового потоку в зоні конденсації теплової труби рахунок збільшення її площі порівняно з площею зони випаровування. Це дозволяє виключити закипання холодоагенту 12 у системі охолодження при пікових теплових навантаженнях. У цьому відношенні найбільш високими теплопередавальними характеристиками в інтервалі температур 330-470 К має теплова труба з водою як теплоносій, яка здатна передати в систему охолодження всю запасену теплову енергію в акумуляторі тепла 7 за кілька хвилин і охолодити його до стартової температури 350 К.
Наступний робочий цикл рентгенівської трубки можна проводити після охолодження тепла акумулятора 7 до стартової температури, що фіксується за температурою стінки теплової труби 11.
Таким чином, завдяки введенню нових елементів і відповідних їм зв'язків досягається технічний результат, оскільки виконання корпусу анода 1 у вигляді відцентрової теплової труби забезпечує ефективне охолодження мішені 8 та вирівнювання температури всього анода 1 за рахунок випарно-конденсаційного процесу рідкого металічного теплоносія. Виконання внутрішньоїповерхні зовнішнього склянки корпусу 5 анода 1 у вигляді конуса, спрямованого розширюється частиною в бік мішені 8, обумовлює підведення до неї рідкометалевого теплоносія в осьовому напрямку при будь-якій орієнтації анода 1 в просторі за рахунок відцентрових сил. Завдяки наявності на зовнішній поверхні дна внутрішньої склянки 6 концентричних кільцевих виступів 10 зі скосами забезпечується рівномірне підведення рідкометалевого теплоносія до мішені 8 з боку центральної осі анода 1, що істотно покращує умови його охолодження.
Використання в відцентровій тепловій трубі як теплоносій натрій-калієвого сплаву з температурою плавлення не вище 273 К дозволяє здійснювати запуск рентгенівської трубки в роботу при кімнатній температурі без попереднього прогріву. Виконання акумулятора 7 тепла у вигляді коаксіального контейнера, заповненого легкоплавким металом, дозволяє стабілізувати температуру на досить низькому рівні за рахунок прихованої теплоти плавлення. Введення в систему охолодження низькотемпературної теплової труби дозволяє інтенсифікувати відведення теплової енергії з акумулятора 7 тепла, а також виключити закипання холодоагенту в системі охолодження за рахунок трансформації теплових потоків в тепловій трубі 11.
Таким чином, пропоноване технічне рішення дозволяє скоротити час охолодження рентгенівської трубки, що працює в циклічному режимі не менше ніж у 4 рази.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. РЕНТГЕНІВСЬКА ТРУБКА, що містить вакуумна колбу, катодний вузол, статор і анод, що обертається, що складається з мішені і циліндричного порожнистого корпусу, всередині якого з утворенням зазору, заповненого легкоплавким металом з парціальним тиском нижче робочого тиску у вакуумній колбі, встановлений акумуляторз'єднаний з системою охолодження проточним холодоагентом, що відрізняється тим, що циліндричний порожнистий корпус анода, що обертається, виконаний у вигляді відцентрової теплової труби, що складається з двох симетрично розміщених відносно центральної осі один в іншому склянок із замкнутою порожниною між ними, при цьому внутрішня поверхня стінки зовнішнього стака утворена поверхнею кругового усіченого конуса і з'єднана з його дном за допомогою конічного кільця, що звужується до дна, на якому розташована мішень, а зовнішня поверхня дна внутрішньої склянки відцентрової теплової труби забезпечена концентричними кільцевими виступами, скошеними з боку осі анода під кутом не більше 45 o і розподіленими по діаметру з однаковим кроком, додатково введена низькотемпературна теплова труба, вбудована зоною випаровування у внутрішню порожнину акумулятора тепла, виконаного у вигляді склянки з подвійними стінками з порожниною між ними, зона конденсації цієї труби контактує з зоною розміщення проточного холодоагенту системи , утворене порожниною між стінками акуумулятора тепла, заповнене легкоплавким металом, при цьому обсяг цього простору обернено пропорційний теплоємності та теплоті плавлення останнього.
2. Рентгенівська трубка по п.1, що відрізняється тим, що відцентрова теплова труба заповнена електричним натрій-калієвим сплавом з температурою плавлення не вище 273 К, замкнутий простір акумулятора заповнено літієм, а в якості теплоносія для низькотемпературної теплової труби використана вода.