В.Н.Вьюгинов1, А.Д. Григорьев2

1,2 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)  (Санкт-Петербург, Россия)

Постановка проблемы. Облучение рентгеновскими лучами широко используется для лечения злокачественных опухолей. При этом оно разрушительно воздействует не только на больные, но и на здоровые ткани, что ограничивает его применение. Известно также, что электромагнитные волны миллиметрового диапазона эффективно взаимодействуют с клеточными мембранами при условии совпадения частоты волны и резонансной частоты клеточной мембраны. К сожалению, малая глубина проникновения микроволнового излучения в тело человека позволяет лечение этим способом только заболеваний кожи и подкожных органов и кровяных сосудов. Можно ожидать, что рентгеновское излучение, модулированное по интенсивности с частотой, соответствующей резонансной частоте клеточных мембран, окажет более интенсивное воздействие на больные ткани. Необходимая доза излучения при этом снижается и вследствие этого здоровые ткани повреждаются меньше. Цель работы – анализ возможности создания рентгеновской трубки с высокочастотной модуляцией электронного потока. Результаты. Для модуляции тока предлагается использовать двухрезонаторную клистронную секцию, работающую в режиме автогенерации. Для моделирования резонаторов клистронной секции используется метод конечных элементов в частотной области. Электронные процессы рассчитываются с помощью приближенных аналитических выражений.

Показано, что рентгеновская трубка медицинского назначения с типичными параметрами допускает встраивание в ее вакуумную оболочку клистронной секции, работающей в режиме самовозбуждения. При ускоряющем напряжении на секции 15 кВ и токе 150 мА коэффициент усиления клистронной секции равен 16 дБ, что обеспечивает ее самовозбуждение при связи резонаторов через отверстие в общей стенке. Проведено моделирование резонаторов и определены их форма и размеры. Практическая значимость. Показана возможность создания рентгеновской трубки с модуляцией интенсивности излучения с частотой 35 ГГц. Ожидается, что за счет резонансного воздействия на патологические ткани такая трубка позволит существенно уменьшить дозу облучения здоровых тканей, лежащих на пути рентгеновских лучей.

Вьюгинов В.Н., Григорьев А.Д. Рентгеновская трубка со сверхвысокочастотной модуляцией излучения // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2021. Т. 13. № 4. С. 40–45. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202104-04

1. Девятков Н.Д., Голант М.Б., Бецкий О.В. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности. М.: Радио и связь. 1991. 168 с.
2. Бецкий О.В., Котровская Т.И., Лебедева Н.Н. Миллиметровые волны в биологии и медицине. Труды III Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь». ИРЭ РАН. 2009. С. 146–150. 
3. Аппарат спинор (CEM TECH) – что это? https://spinor-m.ru
4. Патент № 2 453 348 C2 (RU). Устройство рентгеновского облучения патологического материала/ О.И. Столяров, Г.Г. Богданов. 2009.
5. Григорьев А.Д., Салимов Р.В., Тихонов Р.Н. Моделирование антенн сотовых телефонов методом векторных конечных элементовю // Радиотехника и электроника. 2012. Т. 57. № 3. С. 261–270.
6. Branch G.M. Jr. Electron Beam Coupling in Interaction Gaps of Cylindrical Symmetry // IRE Trans. ED. 1961. № 5. P. 193–206.
7. Григорьев А.Д., Иванов В.А., Молоковский С.И. Микроволновая электроника / Под ред. А.Д. Григорьева. СПб.: Лань. 2016. 496 с.