CZ305429B6 - Rentgenový zářič a/nebo urychlovač elektricky nabitých částic - Google Patents
Rentgenový zářič a/nebo urychlovač elektricky nabitých částic Download PDFInfo
- Publication number
- CZ305429B6 CZ305429B6 CZ2009-424A CZ2009424A CZ305429B6 CZ 305429 B6 CZ305429 B6 CZ 305429B6 CZ 2009424 A CZ2009424 A CZ 2009424A CZ 305429 B6 CZ305429 B6 CZ 305429B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- electrically charged
- nanoelements
- electrodes
- charged particle
- ray emitter
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 31
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims description 10
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 5
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 36
- 239000003570 air Substances 0.000 description 14
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 11
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 8
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 2
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 210000000540 fraction c Anatomy 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 238000007666 vacuum forming Methods 0.000 description 1
- 238000004846 x-ray emission Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
- X-Ray Techniques (AREA)
Abstract
Řešení se týká rentgenového zářiče a/nebo urychlovače (1) elektricky nabitých částic, který obsahuje dvojici elektrod (2, 31), mezi nimiž je vytvořeno elektrické pole o vysoké intenzitě, přičemž jedna z elektrod (2, 31) obsahuje nanoelementy s alespoň jedním rozměrem menším než jeden mikrometr, jehož podstata spočívá v tom, že alespoň elektroda (2, 31) obsahující nanoelementy je uspořádaná v prostoru s atmosférou vzduchu, plynu nebo směsi plynů. Řešení se dále týká také rentgenového zářiče a/nebo urychlovače elektricky nabitých částic, jehož podstata spočívá v tom, že elektroda (2, 31) obsahující nanoelementy je svými nanoelementy uspořádaná proti druhé z elektrod (2, 31), přičemž elektrické pole vytvořené mezi elektrodami (2, 31) je orientované směrem k elektrodě (2, 31) obsahující nanoelementy. U této varianty mohou být elektrody (2, 31) uspořádány v prostoru s atmosférou vzduchu, plynu nebo směsi plynů, nebo v prostoru, v němž je vytvořeno vakuum.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká rentgenového zářiče a/nebo urychlovače elektricky nabitých částic, který obsahuje dvojici elektrod, mezi nimiž je vytvořeno elektrické pole o vysoké intenzitě, přičemž jedna z elektrod obsahuje nanoelementy s alespoň jedním rozměrem menším než jeden mikrometr.
Dosavadní stav techniky
Rentgenové záření je ionizační elektromagnetické záření o vysoké energii (10 až 103 keV),
1A 9Π β 19 vysoké frekvence (3x10 až 3x10 Hz) a velmi nízké vlnové délce (10' až 10' m), které se v současné době průmyslově využívá zejména pro neinvazivní či nedestruktivní sledování vnitřní struktury předmětů z různých materiálů, včetně lidského či zvířecího těla.
Pro vytvoření tzv. „měkkého“ rentgenového záření vhodného pro medicínské aplikace se používá tzv. „rentgenka“, což je elektronka, v jejímž vnitřním prostoru, v němž je vytvořeno vakuum, jsou proti sobě umístěny katoda a anoda, mezi kterými vzniká elektrické pole o vysoké intenzitě. Katoda je během provozu žhavena samostatným žhavicím obvodem, v důsledku čehož se z ní termoemisí uvolňují elektrony, které jsou silovým působením elektrického pole urychlovány a přitahovány k anodě. V důsledku vysoké intenzity elektrického pole získávají tyto elektrony velmi vysokou kinetickou energii, takže při nárazu na anodu vyráží z jejích atomů další elektrony. Při nahrazování těchto vyražených elektronů pak dochází k emitování fotonů rentgenového záření. Zbývající kinetická energie elektronů zarážejících na anodu se mění na tepelnou energii, což vyžaduje intenzivní chlazení anody chladicím médiem, nebo její rotací.
Nevýhodou rentgenek je jejich složitá, nákladná a současná křehká konstrukce, a také vysoké pořizovací i provozní náklady zařízení, v nichž se používají.
Při vytváření tzv. „tvrdého“ rentgenového záření (tj. rentgenového záření s vlnovou délkou pod 10'l° m), které se uplatňuje zejména v technické defektoskopii, se pro urychlení elektronů využívají různé typy urychlovačů elektricky nabitých částic, nejčastěji tzv. „betatrony“. Urychlené elektrony pak slouží k emitaci fotonů rentgenového záření podobným způsobem jako je tomu u rentgenky.
Nevýhodou stávajících urychlovačů elektricky nabitých částic jsou však jejich vysoké pořizovací i provozní náklady, stejně jako jejich velké rozměry a vysoká hmotnost, která mj. omezuje či dokonce vylučuje možnosti jejich využití ve stávajících budovách.
Cílem vynálezu je navrhnout rentgenový zářič a/nebo urychlovač elektricky nabitých částic, který by odstranil nevýhody stavu techniky.
Podstata vynálezu
Cíle vynálezu je dosaženo rentgenovým zářičem a/nebo urychlovačem elektricky nabitých částic, který obsahuje dvojici elektrod, mezi nimiž je vytvořeno elektrické pole o vysoké intenzitě, přičemž jedna z elektrod obsahuje nanoelementy s alespoň jedním rozměrem menším než jeden mikrometr, jehož podstata spočívá v tom, že alespoň elektroda obsahuje nanoelementy je uspořádána v prostoru s atmosférou vzduchu, plynu nebo směsi plynů. Intenzita elektrického pole v bezprostřední blízkosti elektrody s nanoelementy přitom díky rozměrům těchto nanoelementů dosahuje lokálních hodnot v řádu až GV/m, a to i v případě, že jsou tyto nanoelementy vytvořeny z elektricky nevodivého materiálu, a v řádu až TV/m v případě, kdy jsou použité nanoelementy
- 1 CZ 305429 B6 elektricky vodivé, kovové nebo alespoň pokovené, v důsledku čehož dochází k silné ionizaci okolního vzduchu/plynu, přičemž vznikající ionty a/nebo jiné elektricky nabité částice, např. elektrony, jsou působením elektrického pole urychlovány směrem k protielektrodě. Při svém pohybu pak kolidují s částicemi okolního vzduchu a/nebo s atomy protielektrody, přičemž dochází k přeměnám kinetické energie urychlených iontů a/nebo jiných elektricky nabitých částic na jiné formy energie, což je doprovázeno také emitací fotonů rentgenového záření.
V jiné variantě rentgenového zářiče a/nebo urychlovače elektricky nabitých částic podle vynálezu je elektroda obsahující nanoelementy svými nanoelementy uspořádaná proti druhé z elektrod, přičemž elektrické pole vytvořené mezi elektrodami je orientované směrem k elektrodě obsahující nanoelementy. Emitace fotonů rentgenového záření je přitom způsobena výhradně dopadem elektrickým polem urychlených iontů a/nebo jiných elektricky nabitých částic na nanoelementy elektrody. I v této variantě rentgenového zářiče a/nebo urychlovače elektricky nabitých části jsou elektrody uspořádány v prostoru s atmosférou vzduchu, plynu nebo směsi plynů, avšak mohou být uspořádány také v prostoru, v němž je vytvořeno vakuum, a který je propojen se zdrojem elektricky nabitých částic. V poslední variantě se přitom dosáhne nejvyššího výkonu.
V případě, kdy je elektroda/elektrody rentgenového zářiče a/nebo urychlovače elektricky nabitých částic situována v prostoru s atmosférou vzduchu, plynu nebo směsi plynů, má tato atmosféra s výhodou normální tlak, teplotu a vlhkost. Pro regulaci výkonu rentgenového zářiče a/nebo urychlovače elektricky nabitých částic je však výhodné, pokud je jeho elektroda/elektrody situovány v prostoru s nastavitelným tlakem a/nebo teplotou a/nebo vlhkostí a/nebo složením atmosféry.
Z technologického hlediska je v obou variantách rentgenového zářiče a/nebo urychlovače elektricky nabitých částic výhodné, pokud jsou nanoelementy tvořeny nanovlákny, neboť jejich výroba v průmyslovém měřítku je v současné době nejjednodušší, nejlevnější a nejméně zatěžující životní prostředí. Nanovlákna během ní navíc vytváří relativně soudržnou vrstvu, což značně usnadňuje manipulaci s nimi, případně jejich dávkování, atd.
Kromě nanovláken však lze jako nanoelementy využít uhlíkové nanotrubice, jejichž největší výhoda spočívá v jejich elektrické vodivosti. S dobrými výsledky lze použít také nanočástice elektricky vodivých i nevodivých materiálů.
Různé typy nanoelementů lze přitom s výhodou vzájemně kombinovat pro dosažení vhodných lokálních hodnot intenzity elektrického pole, přičemž z tohoto hlediska se jako nejefektivnější jeví nanovlákna s „naroubovanými“ nanotrubicemi a/nebo nanočásticemi uloženými na jejich povrchu.
Dalším způsobem regulace výkonu rentgenového zářiče a/nebo urychlovače elektricky nabitých částic podle vynálezu je uspořádání jeho elektrod vzájemně přestavitelně ve směru k sobě a od sebe, neboť intenzita elektrického pole roste s klesající vzdáleností elektrod a naopak.
Objasnění výkresů
Na přiloženém výkrese je schematicky znázorněn rentgenový zářič a/nebo urychlovač elektricky nabitých částic podle vynálezu, přičemž obr. 1 značí teoretický příklad provedení tohoto rentgenového zářiče a/nebo urychlovače elektricky nabitých částic s protielektrodou tvořenou jedním nanovláknem, obr. 2 reálný příklad provedení rentgenového zářiče a/nebo urychlovače elektricky nabitých částic s protielektrodou tvořenou vrstvou nanovláken uloženou na nosné desce, obr. 3 reálný příklad provedení rentgenového zářiče a/nebo urychlovače elektricky nabitých částic, jehož elektrody nejsou uspořádány rovnoběžně, a obr. 4 řez zařízením pro sterilizaci plynů využívající dvojici rentgenových zářičů a/nebo urychlovačů elektricky nabitých částic podle vynálezu.
-2CZ 305429 B6
Příklad uskutečnění vynálezu
Na obr. 1 je znázorněn rentgenový zářič a/nebo urychlovač 1 elektricky nabitých částic podle vynálezu, který obsahuje plošnou elektrodu 2 a proti ní, ve vzdálenosti c, uspořádanou protielektrodu 3 tvořenou jedním nanovláknem o průměru 2r. Protielektroda 3 je po celé délce rovnoběžná s plošnou elektrodou 2. Plošná elektroda 2 je propojena s jedním pólem zdroje 4 vysokého stejnosměrného napětí U a protielektroda 3 je propojena s opačným pólem tohoto zdroje 4. Díky tomu se mezi plošnou elektrodou 2 a protielektrodou 3 indukuje elektrické pole, jehož intenzita E dosahuje maximální hodnoty na části povrchu protielektrody 3, která je nejblíže k plošné elektrodě 2. Její hodnotu lze vyjádřit např. vztahem:
^Jl + p+jl + p (1).
kde p = r/c.
Hodnotu intenzity E je tedy možné měnit změnou vzdálenosti c mezi plošnou elektrodou 2 a protielektrodou 3, změnou napětí U přiváděného na plošnou elektrodu 2 a na protielektrodou 3 a změnou podílu průměru 2r protielektrody 3 vůči její vzdálenosti c od plošné elektrody 2.
Pro malé hodnoty p, tedy pro r «c, je pak možné tento vztah zapsat jako
E_
Ed
P Inp = Zz (2).
Zlomek c/U na levé straně vztahu (2) má význam obrácené hodnoty intenzity elektrického pole Ed v ideálním deskovém kondenzátoru při napětí U a vzdálenosti dvou stejných desek tohoto kondenzátoru c. Proto pravá strana vtahu (1) bez zlomku U/c a pravá strana vtahu (2) představují zesilovací faktor Zf. Tato veličina je nazvána zesilovacím faktorem Zf proto, že intenzita E elektrického pole vytvořeného mezi plošnou elektrodou 2 a protielektrodou 3 tvořenou jedním nanovláknem má na části povrchu protielektrody 3, která je nejblíže plošné elektrodě 2, hodnotu intenzity Ed, kterou by mělo, při stejném napětí U a vzdálenosti c dvou stejných desek, elektrické pole deskového kondenzátoru, vynásobenou zesilovacím faktorem Zf, tj. E = Edx Zf. Například pro napětí U=20xl03V a vzdálenost c mezi plošnou elektrodou 2 a protielektrodou 3 c=2xl0'1m a velikost poloměru nanovlákna r=2xl0‘9m, je možno teoreticky dosáhnout lokální hodnoty intenzity E=0,5TV/m.
Vlivem tohoto zesílení, které je způsobeno zejména malým poloměrem r nanovlákna tvořícího protielektrodu 3, dosahuje intenzita E elektrického pole v bezprostřední blízkosti protielektrody 3 mimořádně vysokých lokálních hodnot, při kterých dochází k silné ionizaci okolního vzduchu. Vznikající ionty a/nebo jiné elektricky nabité částice, např. elektrony, jsou přitom působením elektrického pole urychlovány směrem k protielektrodě 3, a i na velmi krátkých drahách (obvykle 10 až 100 nm) získávají velmi vysokou kinetickou energii. Při stejném pohybu přitom kolidují s částicemi okolního vzduchu a/nebo s atomy protielektrody 3, přičemž při těchto kolizích dochází k přeměnám kinetické energie urychlených iontů a/nebo jiných elektricky nabitých částic na jiné formy energie, což je doprovázeno také emitací fotonů rentgenového záření.
Vzhledem k tomu, že získání jediného samostatného nanovlákna je technicky poměrně složité, ne-li nemožné, využívá se v praktických aplikacích rentgenového zářiče a/nebo urychlovače 1 elektricky nabitých částic protielektroda 31, která obsahuje vrstvu 310 nanovláken uloženou na nosné desce 311 z elektricky vodivého materiálu. Nosná deska 311 přitom zajišťuje umístění
-3 CZ 305429 B6 vrstvy 310 nanovláken v požadované vzdálenosti c od plošné elektrody 2, a současně vodivé propojení vrstvy 310 nanovláken se zdrojem vysokého napětí 4.
Jakje zřejmé z výše uvedeného, pro správnou funkci rentgenového zářiče a/nebo urychlovače I elektricky nabitých částic je nutné, na rozdíl např. od „rentgenek“ známých ze stavu techniky, aby se v blízkosti protielektrody 3 nacházel vzduch, případně jiný vhodný plyn či směs plynů schopná ionizace. Pro praktický provoz s požadavkem regulace parametrů emitovaného rentgenového záření je přitom výhodné, pokud lze řídit nebo nastavit alespoň některé parametry vzduchu (plynu nebo směsi plynů) v blízkosti protielektrody 31, zejména jeho tlak a/nebo teplotu a/nebo vlhkost a/nebo aktuální chemické složení, neboť tyto parametry přímo ovlivňují parametry elektrického pole, a tedy i parametry emitovaného rentgenového záření.
V příkladech provedení znázorněných na obr. 1 a obr. 2 jsou použita polymemí, elektricky nevodivá nanovlákna připravená elektrostatickým zvlákňováním, avšak v dalších příkladech provedení jsou namísto nich použita elektricky nevodivá nanovlákna připravená jiným způsobem, případně i z jiného materiálu. Díky polarizaci elektricky nevodivého materiálu nanovláken se tato nanovlákna chovají v elektrickém poli podobným způsobem, jako kdyby se jednalo o elektricky vodivá nanovlákna, takže na části jejich povrchu přivrácené k plošné elektrodě 2 dochází k požadované koncentraci elektrického pole a k dosažení požadovaných hodnot intenzity E elektrického pole způsobujících ionizaci vzduchu (plynu, nebo směsi plynů) v blízkosti protielektrody 31.
Výhody použití polymemích nanovláken jsou dány zejména jejich dobrou dostupností, neboť elektrostatické zvlákňování polymemích roztoků, prováděné např. s využitím zvlákňovací elektrody dle WO 2005024101 či dle WO 2008028428, aj., je nejdostupnějším a nejlepším způsobem masové přípravy nanoelementů s alespoň jedním rozměrem menším než 1 mikrometr, jejich využití je pro rentgenový zářič a/nebo urychlovač 1 elektricky nabitých částic klíčové, jak vyplývá z výše uvedených vztahů (1) a (2). Při elektrostatickém zvlákňování se navíc vytváří relativně soudržná a rovnoměrná vrstva polymemích nanovláken, což usnadňuje manipulaci s nanovlákny, jejich rozložení na nosné desce 311, atd. Další výhodou polymemích nanovláken je i to, že při elektrostatickém zvlákňování dochází kjejich sterilizaci, neboť se při něm emituje malé množství rentgenového záření, jehož energie je dostatečná pro eliminaci mikrobů a jiných choroboplodných zárodků, takže rentgenový zářič a/nebo urychlovač i elektricky nabitých částic podle vynálezu lze bez dalšího použití i pro aplikace, které vyžadují použití sterilního materiálu.
Vyšších hodnot intenzity E elektrického pole mezi plošnou elektrodou 2 a protielektrodou 31 se však dosáhne, a to i bez nutnosti zvyšování napětí U zdroje 4 stejnosměrného napětí, při použití elektricky vodivých nanoelementů - kovových, nebo alespoň pokovených nanovláken, případně uhlíkových nanotrubic.
Vzhledem ktomu, že vztahy (1) a (2), a výše uvedené principy platí obecně pro libovolné objekty, na které je přivedeno vysoké napětí, je zřejmé, že pro dosažení hodnot intenzity E elektrického pole, které zaručují ionizaci vzduchu (plynu, směsí plynů) v blízkosti protielektrody 31, lze namísto nanovláken, případně nanotrubic, použít se stejnými nebo podobnými výsledky také jiné nanoelementy s alespoň jedním rozměrem menším než 1 mikrometr, například nanočástice, a to jak elektricky vodivé, tak i elektricky nevodivé, případně jejich směs.
Jak prokázaly dosud provedené experimenty, různé druhy nanoelementů lze s výhodou kombinovat pro dosažení vhodných lokálních hodnot intenzity E elektrického pole, přičemž s dobrými výsledky jsou použitelná nanovlákna na jejichž površích jsou uloženy nanočástice, případně tzv. „naroubovány“ uhlíkové nanotrubice, které slouží jako koncentrátory intenzity E elektrického pole.
V dalším výhodném, neznázoměném příkladu provedení obsahuje nanoelementy, jejich alespoň jeden rozměr je menší než 1 mikrometr, protielektroda 31 a současně i plošná elektroda 2. Malé rozměry nanoelementů přitom v kombinaci s malou vzájemnou vzdáleností c mezi plošnou elek-4CZ 305429 B6 trodu 2 a protielektrodou 31 umožňují vznik elektrického pole s dostatečnou vysokou intenzitou E, i při použití výrazně nižšího napětí U. To značně snižuje nároky na použitý zdroj 4 stejnosměrného napětí, a tedy i na jednu z nákladově nej významnějších částí celého zařízení.
Jak již bylo uvedeno výše, důležitou podmínkou pro vytváření iontů a/nebo jiných elektricky nabitých částic a následnou emitaci rentgenového záření, je přítomnost vzduchu (plynu, nebo směsi plynů) v blízkosti protielektrody 31. Pro některé aplikace je však výhodnější, pokud je mezi plošnou elektrodou 2 a protielektrodou 31 vytvořeno vakuum, a ionty a/nebo jiné elektricky nabité částice jsou do prostoru mezi elektrodami přiváděny z neznázoměného, samostatného zdroje. Tyto ionty a/nebo jiné elektricky nabité částice jsou přitom elektrickým polem mezi plošnou elektrodou 2 a protielektrodou 31 urychlovány směrem k protielektrodě 31, přičemž k emitaci rentgenového záření dochází výhradně v souvislosti sjejich dopadem na protielektrodu 3T Toto provedení je schematicky znázorněno na obr. 3, přičemž jeho jednotlivé prvky jsou shodné s provedením znázorněným na obr. 2. Rozdílem je, že protielektroda 31 je s výhodou vychýlena z polohy rovnoběžné vůči plošné elektrodě 2, čímž je dosaženo vhodného směrování emitovaného rentgenového záření. Jak je znázorněno šipkou A, ionty a/nebo jiné elektricky nabité částice dopadají na protielektrodu 31 pod nenulovým úhlem a, přičemž fotony rentgenového záření emitované materiálem protielektrody 31 se pohybují od protielektrody 31 v požadovaném směru pod nenulovým úhlem a‘ stejné velikosti (šipky B). Vychýlení protielektrody 31 však není pro funkci zařízení nezbytné, a protielektroda 31 je v dalších neznázoměných příkladech provedení rovnoběžná s plošnou elektrodou 2. V jiných neznázoměných příkladech provedení je naopak vychýlení protielektrody 31 z polohy rovnoběžné s plošnou elektrodou 2 využito pro směrování emitovaného rentgenového záření, i pokud je mezi elektrodami 2 a 31 vzduch či jiný plyn, nebo směs plynů.
Vhodným kompromisem mezi použitím vakua a naopak vzduchu (plynu, nebo směsi plynů) je umístění protielektrody 31 do prostředí se vzduchem (plynem, směsí plynů) s tlakem nižším než je atmosférický tlak. Tím se sníží počet kolizí urychlovaných iontů a/nebo jiných elektricky nabitých částic s atomy vzduchu (plynu, nebo směsi plynů), a naopak zvýší počet jejich kolizí s nanoelementy protielektrody 3T V důsledku toho se zvýší také množství a intenzita emitovaného rentgenového záření.
U všech výše popisovaných příkladů provedení je výhodné, nikoliv však nezbytné, pokud jsou plošná elektroda 2 a protielektroda 31 uspořádány vzájemně přestavitelně ve směru k sobě a od sebe, neboť, jak vyplývá ze vztahů (1) a (2), prostřednictvím změny jejich vzájemné vzdálenosti c lze významně regulovat velikost zesilovacího faktoru Zf, a zprostředkovaně tedy i intenzitu E elektrického pole.
Podstata vynálezu se neomezuje pouze na popsané a znázorněné příklady provedení, ale i na principiálně stejná řešení lišící se tvarovým řešením jednotlivých elektrod 2 a 31. Ty mají v dalších neznázoměných příkladech provedení např. tvar soustředných koulí, souosých válců, či jiných geometrických těles, mezi jejich stěnami je vytvořena mezera konstantní velikosti.
Vedle vytváření tzv. „měkkého“ a „tvrdého“ rentgenového záření určeného pro medicínské, nebo technické aplikace, je rentgenový zářič a/nebo urychlovač elektricky nabitých částic podle vynálezu využitelný i v dalších aplikacích, např. pro sterilizaci plynů. Na obr. 4 je znázorněno zařízení 5 určené ke sterilizaci plynů, v jehož pouzdru 6 jsou umístěny dvě rovnoběžné, uzemněné elektrody 7, které jsou, např. díky perforaci průchozí pro sterilizovaný plyn. Mezi elektrodami 7 je rovnoběžně umístěna protielektroda 8, průchozí pro sterilizovaný plyn, která je propojená se zdrojem 4 vysokého napětí. Protielektroda 8 je tvořena nosnou deskou 81, která je na obou svých plochách opatřena vrstvou 82 nanoelementů s alespoň jedním rozměrem menším než 1 mikrometr, takže s každou z uzemněných elektrod 7 vytváří rentgenový zářič a/nebo urychlovač 1 elektricky nabitých částic podle vynálezu. Emitované rentgenové záření přitom eliminuje mikroorganismy či jiné choroboplodné zárodky nacházející se ve sterilizovaném plynu. Sterilizovaný plyn prochází znázorněným provedením zařízení 5 pro sterilizaci plynů v osovém směru naznače-5CZ 305429 B6 ném šipkou C, takže podstupuje dvě rovnocenné fáze sterilizace. Avšak při dostatečné energii emitovaného rentgenového záření (cca od lOeV) postačuje k dobré sterilizaci plynu pouze jedna fáze sterilizace, takže při příslušné konstrukční úpravě pouzdra 6 a použití neprodyšných elektrod 7, prochází sterilizovaný plyn zařízením 5 pro sterilizaci v kolmém směru naznačeném šipkami D. Protielektroda 8 přitom může být vytvořena jako prostupná pro filtrovaný plyn či nikoliv.
V dalším neznázoměném příkladu provedení obsahuje zařízení pro sterilizaci plynů 5 pouze jednu dvojici elektrod 7 a 8 tvořící rentgenový zářič a/nebo urychlovač I elektricky nabitých částic podle vynálezu.
Průmyslová využitelnost
Rentgenový zářič a/nebo urychlovač elektricky nabitých částic podle vynálezu je schopen zcela nahradit stávající „rentgenky“ a urychlovače elektricky nabitých částic v medicíně, defektoskopii i v bezpečnostních zařízeních využívajících rentgenového záření. Kromě toho je možné využít tento rentgenový zářič a/nebo urychlovač elektricky nabitých částic pro sterilizaci vzduchu nebo plynů. Samostatnou kapitolou je pak jeho laboratorní užití pro zkoumání kolizních událostí při nárazu urychleného iontu a/nebo jiné elektricky nabité částice do terče tvořeného elektrodou obsahující nanoelementy s alespoň jedním rozměrem menším než 1 mikrometr, což dovoluje výzkum jaderné fúze lehkých jader i bez speciálních, finančně i provozně náročných, zařízení.
PATENTOVÉ NÁROKY
Claims (14)
1. Rentgenový zářič a/nebo urychlovač (1) elektricky nabitých částic obsahující dvojici elektrod (2, 31), mezi nimiž je vytvořeno elektrické pole o vysoké intenzitě, přičemž jedna z elektrod (2, 31) obsahuje nanoelementy s alespoň jedním rozměrem menším než jeden mikrometr, vyznačující se tím, že alespoň elektroda (2, 31) obsahující nanoelementy je uspořádána v prostoru s atmosférou vzduchu, plynu nebo směsi plynů.
2. Rentgenový zářič a/nebo urychlovač (1) elektricky nabitých částic obsahující dvojici elektrod (2, 31), mezi nimiž je vytvořeno elektrické pole o vysoké intenzitě, přičemž jedna z elektrod (2, 31) obsahuje nanoelementy s alespoň jedním rozměrem menším než jeden mikrometr, vyznačující se tím, že elektroda (2, 31) obsahující nanoelementy je svými nanoelementy uspořádaná proti druhé z elektrod (2, 31), přičemž elektrické pole vytvořené mezi elektrodami (2, 31) je orientované směrem k elektrodě (2, 31) obsahující nanoelementy.
3. Rentgenový zářič a/nebo urychlovač (1) elektricky nabitých částic podle nároku 2, vyznačující se tím, že elektrody (2, 31) jsou uspořádány v prostoru s atmosférou vzduchu, plynu nebo směsi plynů.
4. Rentgenový zářič a/nebo urychlovač (1) elektricky nabitých částic podle nároku 2, vyznačující se tím, že elektrody (2, 31) jsou uspořádány v prostoru, v němž je vytvořeno vakuum, a který je propojen se zdrojem elektricky nabitých částic.
5. Rentgenový zářič a/nebo urychlovač (1) elektricky nabitých částic podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že druhá z elektrod obsahuje nanoelementy s alespoň jedním rozměrem menším než jeden mikrometr.
-6CZ 305429 B6
6. Rentgenový zářič a/nebo urychlovač (1) elektricky nabitých částic podle nároku 1 nebo 3, vyznačující se tím, že atmosféra vzduchu, plynu nebo směsi plynů má normální tlak, teplotu a vlhkost.
7. Rentgenový zářič a/nebo urychlovač (1) elektricky nabitých částic podle nároku 1 nebo 3, vyznačující se tím, že atmosféra vzduchu, plynu nebo směsi plynů má tlak nižší než atmosférický tlak.
8. Rentgenový zářič a/nebo urychlovač (1) elektricky nabitých částic podle nároku 1 nebo 3, vyznačující se tím, že atmosféra vzduchu, plynu nebo směsi plynů má nastavitelný tlak a/nebo teplotu a/nebo vlhkost a/nebo složení.
9. Rentgenový zářič a/nebo urychlovač (1) elektricky nabitých částic podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nanoelementy jsou elektricky nevodivé.
10. Rentgenový zářič a/nebo urychlovač (1) elektricky nabitých částic podle libovolného z nároků laž 8, vyznačující se tím, že nanoelementy jsou kovové nebo pokovené.
11. Rentgenový zářič a/nebo urychlovač (1) elektricky nabitých částic podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nanoelementy jsou nanovlákna.
12. Rentgenový zářič a/nebo urychlovač (1) elektricky nabitých částic podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nanoelementy jsou nanotrubice.
13. Rentgenový zářič a/nebo urychlovač (1) elektricky nabitých částic podle libovolného z předcházejících nároků, vy z n a č uj í c í se tím, že nanoelementy jsou nanočástice.
14. Rentgenový zářič a/nebo urychlovač (1) elektricky nabitých částic podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že elektrody (2, 31) jsou uspořádány vzájemně přestavitelně ve směru k sobě a od sebe.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2009-424A CZ305429B6 (cs) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Rentgenový zářič a/nebo urychlovač elektricky nabitých částic |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2009-424A CZ305429B6 (cs) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Rentgenový zářič a/nebo urychlovač elektricky nabitých částic |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2009424A3 CZ2009424A3 (cs) | 2011-01-12 |
| CZ305429B6 true CZ305429B6 (cs) | 2015-09-16 |
Family
ID=43426215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2009-424A CZ305429B6 (cs) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Rentgenový zářič a/nebo urychlovač elektricky nabitých částic |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ305429B6 (cs) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5773921A (en) * | 1994-02-23 | 1998-06-30 | Keesmann; Till | Field emission cathode having an electrically conducting material shaped of a narrow rod or knife edge |
| WO2002031857A1 (en) * | 2000-10-06 | 2002-04-18 | The University Of North Carolina - Chapel Hill | X-ray generating mechanism using electron field emission cathode |
| WO2004086439A2 (en) * | 2003-02-05 | 2004-10-07 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Method and apparatus for controlling electron beam current |
| US6980627B2 (en) * | 2000-10-06 | 2005-12-27 | Xintek, Inc. | Devices and methods for producing multiple x-ray beams from multiple locations |
| EP1801842A1 (en) * | 2005-12-23 | 2007-06-27 | Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO | Device for generating X-rays and use of such a device |
| US20080238285A1 (en) * | 2006-12-26 | 2008-10-02 | Soon-Hyung Hong | Carbon nanotube field emitter and method for fabricating the same |
-
2009
- 2009-07-01 CZ CZ2009-424A patent/CZ305429B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5773921A (en) * | 1994-02-23 | 1998-06-30 | Keesmann; Till | Field emission cathode having an electrically conducting material shaped of a narrow rod or knife edge |
| WO2002031857A1 (en) * | 2000-10-06 | 2002-04-18 | The University Of North Carolina - Chapel Hill | X-ray generating mechanism using electron field emission cathode |
| US6980627B2 (en) * | 2000-10-06 | 2005-12-27 | Xintek, Inc. | Devices and methods for producing multiple x-ray beams from multiple locations |
| US20060274889A1 (en) * | 2000-10-06 | 2006-12-07 | University Of North Carolina At Chapel Hill | Method and apparatus for controlling electron beam current |
| WO2004086439A2 (en) * | 2003-02-05 | 2004-10-07 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Method and apparatus for controlling electron beam current |
| EP1801842A1 (en) * | 2005-12-23 | 2007-06-27 | Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO | Device for generating X-rays and use of such a device |
| US20080238285A1 (en) * | 2006-12-26 | 2008-10-02 | Soon-Hyung Hong | Carbon nanotube field emitter and method for fabricating the same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Yuan Cheng, Otto Zhou: "Electron field emission from carbon nanotubes", C. R. Physique 4 (2003), str. 1021-1033, doi:10.1016/S1631-0705(03)00103-8, 04.10.2003 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2009424A3 (cs) | 2011-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Calderón-Colón et al. | A carbon nanotube field emission cathode with high current density and long-term stability | |
| JP5472944B2 (ja) | 大電流直流陽子加速器 | |
| JP4239116B2 (ja) | イオンビーム中和器及びその中和方法 | |
| Heo et al. | A vacuum-sealed miniature X-ray tube based on carbon nanotube field emitters | |
| JP2006234782A5 (cs) | ||
| WO2014146569A1 (zh) | 用于离子束系统的间热式宽带束离子源和宽带离子束系统 | |
| US7875857B2 (en) | X-ray photoelectron spectroscopy analysis system for surface analysis and method therefor | |
| CN107765506A (zh) | 一种硬x射线分幅相机及其探测硬x射线方法 | |
| CN103971779B (zh) | 一种小型中子源及其制备方法 | |
| KR101325210B1 (ko) | 탄소나노튜브 기반의 전자빔 에미터를 이용한 진공밀봉형 소형 엑스선 튜브 | |
| Deore et al. | Design, development and characterization of tetrode type electron gun system for generation of low energy electrons | |
| CZ305429B6 (cs) | Rentgenový zářič a/nebo urychlovač elektricky nabitých částic | |
| KR102047436B1 (ko) | 엑스레이 소스유닛 및 이를 구비하는 엑스레이장치 | |
| CN112086330B (zh) | 高能量离子源 | |
| US10880984B2 (en) | Permanent magnet e-beam/x-ray horn | |
| US9453278B2 (en) | Deposition device and deposition method | |
| KR20090102873A (ko) | 연성 ｘ선 방사선을 사용한 민감성 전자 장치의 비파괴적 오염제거 시스템 및 방법 | |
| CN212365918U (zh) | 高能量离子源 | |
| JP6156864B2 (ja) | イオンの生成方法 | |
| Tobari et al. | Negative ion production in high electron temperature plasmas | |
| Pokorný et al. | Electrospinning jets as X-ray sources at atmospheric conditions | |
| KR101093714B1 (ko) | 대면적의 균질한 대전류의 다양한 이온빔을 생성 및 가속하는 대전류 대면적 이온빔 인출장치 | |
| EP2274765A2 (en) | High efficiency gas filled lamp | |
| Welker | Development and optimization of a Carbon-Nanotube based electron gun | |
| EP4457850A1 (en) | Particle based x-ray source |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20160701 |