Электрическая прочность рентгеновских трубок – это способность приборов обеспечивать номинальные режимы работы при приложении к электродам заданного высокого напряжения. Обеспечение электрической прочности – это сложная конструкторско-технологическая задача при разработке прибора.

Одной из наиболее важных характеристик межэлектродной прочности является зависимость пробивного напряжения U _пр от длины вакуумного промежутка d. Результаты экспериментальных исследований показывают, что зависимость пробивного напряжения U _пр вакуумного промежутка от его длины d в общем случае имеет вид:

,                                     (1)

где С и k – коэффициенты, зависящие от конфигурации электродов, формы кривой напряжения и некоторых других факторов.

Электрическое поле в межэлектродном зазоре рентгеновской трубки с чехлом на аноде приблизительно соответствует полю между торцами двух цилиндров, имеющих общую ось, при расстоянии между ними не более диаметра любого из этих цилиндров (рисунок 3). В этом случае С = 47 кВ/мм²; k = 0,6 (при постоянном напряжении на электродах).

Рисунок 3. Межэлектродный промежуток в трубке с чехлом на аноде.

Так как рабочее напряжение рентгеновской трубки U _раб =160 кВ, соответственно пробивное напряжение должно быть больше, возьмем его с коэффициентом запаса 1,5, т.е.

U _пр= 1,5*160 = 240 (кВ).

Из (1) получим формулу для определения длины вакуумного промежутка:

.                                            (2)

Из (2) получаем:

Зададим размеры электродов:

    Катодный узел – длина 40 мм;

    Анодный узел – длина 100 мм.

Определим безопасные разности потенциалов U ₀₁ и U ₀₂. Распределение потенциала вдоль трубки баллона и в межэлектродном промежутке представлено на рисунке 4.

Рисунок 4. Распределение потенциала вдоль баллона трубки(1) и в межэлектродном промежутке (2).

     Из рисунка 4 следует, что значения напряжения U ₀₁ и U ₀₂ можно определить как:

                                     (3)

                                    (4)

Получаем:

Расстояние от электродов до баллона r_э-б выбирается из условия обеспечения безопасной разности потенциалов U₀₁ и U₀₂:

r _э-б ³ 0,1 B U ₀₁                                (5.1)

r _э-б ³ 0,1 B U ₀₂,                               (5.2) где B = 1,25…2 мм/кВ – коэффициент, зависящий от конфигурации электродов, кривой приложенного напряжения, режима работы и других факторов.

    Возьмем значение коэффициента В=1,5 (мм/кВ), тогда:

r _э-б ³ 0,1*1,5*41,25=6,18 (мм)

r _э-б ³ 0,1 *1,5*103,13=15,47(мм).

Исходя из расчетов, значение расстояния от электродов до баллона примем равным:

r _э-б =16 (мм).

Появление зарядов на оболочке, особенно в области пролетного пространства, может ухудшить токораспределение в приборе. На практике, как правило, пробои в этих конструкциях происходят между электродами и баллоном. Из формулы (1) видно, что в общем случае увеличение межэлектродного расстояния приводит к увеличению электрической прочности, однако, при этом, для уменьшения локальной неоднородности поля вблизи поверхностей электродов малого радиуса последний приходиться увеличивать.

Увеличение же радиусов в свою очередь вызывает увеличение поверхности электродов (соответственно этому и увеличение количества возможных инициаторов разрядов) и общих габаритов прибора.

При оценке радиусов закругления электродов может быть использовано следующее равенство:

Е / Е_пр = 0,8 (r / d)^-1/3,                           (6)

где Е / Е_пр – отношение напряженности поля вблизи искомого участка электрода к средней напряженности поля промежутка; r – радиус закругления электрода; d – расстояние между электродами. Как правило, увеличение поля на краях электродов не должно превышать E/E_пр ≤ 2,5…3.

Примем значение отношения E/E_пр = 2,5. Отсюда получаем, что радиус закругления электрода равен r _э-б = 0,496 (мм). Округлим r до 0,5 мм.

РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ