Рентгеновская трубка как работает

Рентгеновская трубка — электровакуумный прибор с источником излучения электронов (катод) и мишенью, в которой они тормозятся (анод). Высоковольтное напряжение для разогрева катода подается через минусовой высоковольтный кабель с накального трансформатора, который находится в генераторном устройстве.
Катод рентгеновской трубки представляет собой спираль из тугоплавкой вольфрамовой нити, которая закреплена на молибденовых стержнях и помещается в металлический колпак, который направляет поток электронов в виде узкого пучка в направлении анода.

Анод изготавливается из меди (т.к этот металл способен быстро отдать тепло, а значит и охладиться), анод имеет достаточно массивные размеры, его конец, направленный к катоду, срезается под углом 45—70°. В центральной части скошенного анода размещена вольфрамовая пластинка, на которой находится фокус анода — участок 10—15 мм 2 , где в основном и генерируются рентгеновские лучи.

Накаленная спираль катода, при прикладывание к рентгеновской трубке высокого напряжения, начинает выбрасывать ускоряющийся поток электронов, а затем они резко тормозятся на вольфрамовой пластинке анода, что и приводит к появлению рентгеновских лучей.

Рентгеновская трубка с вращающимся анодом (а — общий вид, б — образование излучения): 1 — колба; 2 — анодная горловина; 3 — вращающийся диск анода; 4 — фокусное пятно анода; 5 — спираль накала катода; 6 — фокусирующая система катода; 7 — поток электронов; 8 — поток рентгеновских квантов; 9 — видимый размер фокуса со стороны рабочего пучка; 10 — рабочий пучок излучения; α — угол наклона анода к оси рабочего пучка излучения.

Площадь анода, на которую попадают электроны, называют фокусом. В современных рентгеновских трубках обычно имеется два фокуса: большой и малый.

В аноде свыше 95% энергии электронов превращается в тепловую энергию, нагревающую анод до 2000° и более. По этой причине с увеличением длительности экспозиции допустимая мощность снижается.

Рентгеновскую трубку размещают в просвинцованном кожухе, который заполнен трансформаторным маслом. В кожухе имеются отверстия для подсоединения высоковольтных кабелей и выходное окно, через которое выводится пучок излучения. Для минимизации дозы рентгеновского излучения в современных рентгеновских аппаратах, например ФМЦ на выходном окне крепится устройство коллимации.

Для того, чтоб исключить появление на аноде рентгеновской трубки повреждений, последний должен вращаться, для этого внизу кожуха рентгеновской трубки размещается устройство вращения анода

Рентгеновская трубка справочные данные на разные типы Xray Tubes
Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера

0,2БДМ7-50 нашла применение в дентальных рентгеновских аппаратах 5Д2

Рентгеновская трубка 1,6 БДМ13-90 используется в моноблоках различных рентгеновских аппаратов, собранных по безвентельной схеме с заземленной средней точкой. Напряжение поданное на трубку не должно быть более 110 кВ, а моноблок должен быть заполнен трансформаторным маслом

РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА. Как получают рентгеновское излучение? Понятное объяснение!

1БТВ4-100 используется в близкофокусной терапии

1,7БДМ18-100 — используется в передвижных рентгеновских комплексах 10Л6-01, 10Л6-011, ее аналоги: GX-303; 1,6БДМ13-90; 1,6БДМ9-90

2-20-БД14-15 и 2-20-БД14-150 с малым и большим фокусом, а также с вращающимся анодом (со скоростью 2700-3000 оборотов в минуту)с мишенью из вольфрама, используется в диагностических рентгеновских аппаратах

2,5-30БД29-150 установлена в рентгеновских аппаратов 12Ф7, 12Ф9, Проскан(2-20-БД14-150; МДВ-010)

4БПМ8-250 используется в медицинских рентгеновских аппаратах РУМ-17, РУП (РАП) 150-300-10-1 и в медицинской терапии, ее аналог Ronix G250/200, 2,5БПМ4-250, 4БДМ3-250, 1,5БПМ1-200 и 3БТМ1-300

Условные обозначения рентгеновских трубок

Первая цифра — предельно допустимая мощность трубки (в кВт)

первая буква определяет защиту от излучения (Р — самозащитная; Б — в защитном кожухе; отсутствие буквы означает отсутствие защиты)

вторая буква определяет назначение Р. т. (Д — диагностика; Т — терапия); третья буква указывает систему охлаждения (К — воздушное радиаторное охлаждение, М — масляное, В — водяное, отсутствие буквы означает охлаждение лучеиспусканием)

последняя цифра соответствует предельно допустимому анодному напряжению в киловольтах. Так, например, 3-БДМ-2-100 — трехкиловаттная диагностическая трубка с масляным охлаждением (радиаторным) на 100 кв для работы в защитном кожухе (условный номер типа — 2); трубка — 1-Т-1-200 — терапевтическая без защиты с охлаждением лучеиспусканием, мощностью 1 кет на напряжение 200 кв (условный номер типа — 1)

Рентгеновская трубка принцип работы
Рентгеновская трубка — это вакуумная труба, работающая с электрической точки зрения как диод, способный работать в режиме пространственного заряда. Когда высокое напряжение применяется между анодом и катодом рентгеновская трубка производит эмиссию рентгеновского излучения всего на половину площади больше поверхности мишени анода. По этой причине трубка должна использоваться внутри экранированной упаковки, кожуха, который ограничивает нежелательную часть рентгеновского излучения, выводя только полезные рентгеновские лучи через порт вывод кожуха.

В дальнейшем полезные лучи должны быть ограничены при помощи стационарного или передвижного коллиматора, который хотя не является частью кожуха, но должен обязательно применяться вместе с кожухом для продолжительного экранирования утечки излучения.

Кожух также обеспечивает защиту от высокого напряжения, возникающего между анодом и катодом через высоковольтные кабели идущие из повышающего трансформатора вместе со спрямляющим мостом, обычно называемым генератором.

Образование рентгеновского излучения требует больших затрат энергии, большая часть которых обращена на разогрев рассредоточенных внутри трубки элементов.

Энергия, идущая на трубку, сначала сосредотачивается на фокусе (это длится миллисекунды), затем распределяется по всему следу фокусного пятна на аноде (на доли секунды), затем собирается на поверхности анода (от нескольких секунд до нескольких минут), позднее энергия передается в виде горячего излучения на непроводящее электричество масло, которое содержится в кожухе трубки, и на металлические стенки кожуха, и оттуда энергия выходит наружу в виде естественной конвекции или принудительной вентиляции (доли часа).

Такой тепловой обмен нагревает элементы трубки до экстремальной температуры, которая должна быть сохранена в определённых пределах, чтобы избежать разрушения трубки.

Температура фокуса и следа фокусного пятна на аноде контролируется при помощи установки определённого напряжения и времени излучения, которые подаются с генератора под ограничением максимальных загрузочных факторов, которые высчитываются при помощи специальных таблиц нагрузочных характеристик.

Температура анода определяется правильной экспозицией, чтобы соблюсти отношение времени охлаждения, как функции энергии экспозиции. Контроль над временем охлаждения должен обеспечиваться оборудованием, имеющем родное программное обеспечение, при помощи схемы моделирования накопленного тепла, или в отсутствии такой функции, при помощи тщательного и консервативного планирования рабочего расписания, составленного персоналом, работающим на данном оборудовании, на основе чередования волн нагревания и охлаждения анода.

Температура кожуха контролируется аналогичным, что и для анода, способом чередования времени охлаждения. В этой связи рабочие циклы рассчитываются с большими интервалами из расчёта половины рабочего дня на основе волн охлаждения и нагревания кожуха. Расчет энергии должен включать энергию, которая подаётся на статор для ускорения ротора, она может достигать порядка 10 кДж за каждый цикл при высокоскоростных операциях.

Только для регулировки температуры кожуха в трубке есть три безопасных устройства: внешний температурный переключатель, внутренний переключатель недоступный для пользователя и микропереключатель на масленом расширении. Эти устройства не предназначены для замещения автоматического или ручного управления временем охлаждения, но они необходимы в качестве последнего уровня безопасности и никогда не используются во время обычной работы.

Необходимо подчеркнуть, что на самой рентгеновской трубке нет подобных устройств безопасности для ограничения температуры на фокусе, на следе фокусного пятна и на аноде. Поэтому для безопасности пациентов и целостности трубки необходимо обеспечивать контроль над циклами энергии, идущей с генератора.

Анодный ток, который контролирует интенсивность излучения трубки, находится под управлением тока накала, получаемого в результате эмиссионных волн. Из-за конструкции трубки значение устойчивости тока накала, который задаёт определенное значение анодного тока, сравнительно широко (примерно 3% от тока накала). По этой причине эмиссионные волны могут использоваться при первоначальной установке операций и не могут изменять индивидуальную калибровку трубы при каждой установке.

Предварительное программирование системы, содержащей информацию об эмиссии накаливания, также должно давать возможность калибровать накаливание на одном уровне. Полезное излучение фильтруется при помощи структурных материалов самой трубки (стекло, масло, пластические материалы). Однако эта неотъемлемая фильтрация недостаточна для ограничения низкой энергии части рентгеновского излучения, так называемых мягких рентгеновских лучей, которые вредны для пациентов и не передаются для создания изображения.

То же самое происходит и с берилловыми оконными трубками, в основном трубки для маммографии, которые излучают большое количество мягких рентгеновских лучей. По этой причине необходимо разместить дополнительный фильтр на полезном луче, что обеспечит соответствие подходящим регулировкам в то время, когда учитываются все помещённые материалы (коллиматор, компрессор и т.д.).

Часть дополнительной фильтрации обычно присутствует на трубке, а получение полной фильтрации – это задача установщика.

Рентгеновские лучи, тем не менее, вредны для пациентов. Так как оценить пользу и вред от рентгеновского излучения может только человек, то работать на рентгеновском оборудовании должен квалифицированный персонал под контролем рентгенолога.

Рентгеновская трубка безопасность в соответствии с европейским стандартом

Сборка рентгеновской трубки является пассивным компонентом, который не способен ограничивать энергию, идущую от генератора. По этой причине контрольная панель генератора должна соответствовать нормам, которые требуют, чтобы при любой неисправности не допускалось бесконтрольное энергоснабжение, которое может послужить причиной взрыва трубки и большой опасности для пациентов и обслуживающего персонала.

Система должна предоставлять совокупность средств безопасности, которые не допустят применение высокого напряжения внутри трубки в случае активации температурных средств безопасности.

По физическим причинам устройства, отвечающие за безопасность трубки, не будут эффективными в следующих случаях:

— в случае перегревания анода (этот инцидент должен быть предупреждён при помощи управления временем охлаждения или автоматической системой, как это описывалось выше);

— в случае, когда поломка оборудования приводит к невозможности вмешательства устройств безопасности кожуха трубки (этого можно избежать в том случае, когда конструкция оборудования совместима с его автоматическим регулированием).

В случае создания нового оборудования или замене старой трубки на новую, сделанную другим способом необходимо проверить, чтобы цепь накала обеспечивала напряжение и ток питания, как это требуют накальные характеристики и кривые эмиссии, включая диапазон калибровки, который требуется отклонениями накала.

Рентгеновская трубка работа статора

Статор должен обеспечивать напряжение и ток, и обнаруживать короткое замыкание или размыкание цепи в цепи статора, что задерживает возникновение высокого напряжения в трубке.

Электрическая цепь статора должна быть изолирована от сети в соответствии с европейским стандартом 601.1.

Время разгона статора должно ограничиваться временем, необходимым для достижения незначительной скорости, к тому же время разгона сокращается до установочного значения для того, чтобы ограничить бесполезное нагревание статора и трубки.

По той же причине количество циклов разгона должно быть ограничено значением, которое указано в спецификации и желательно, чтобы это было сделано посредством регулирования времени циклов.

Опасность нагревания статора в результате повторяющихся циклов особенно высока во время калибровки оборудования. Статор может быть надолго выведен из строя в результате небрежного повторения циклов разгона во время калибровки, что создаст условия для потенциальных неисправностей во время обычной работы оборудования. Поэтому было бы весьма полезным, чтобы на уровне конструкции трубки и в инструкции по её установке была предусмотрена возможность включения продолжительного вращения во время калибровки. Также этот способ является более целесообразным при обычной работе трубки, когда время снимка превышает одну экспозицию в минуту.

Рентгеновская трубка — предварительная проверка: поднакал, накал, вращение

Проверьте путём замера тока первичной обмотки трансформатора накала и коэффициента трансформации, что ток поднакала находится между 2 и 3 А. Очень высокий ток поднакала приведёт к испарению нити накала, к металлизации стекла и к сокращению жизни трубки.

Проверьте, что при подготовке графии правильно выбраны большой и малый накал, чтобы предотвратить перезагрузку следа фокусного пятна в случае неверного выбора фокуса.

ВНИМАНИЕ! Для проведения этой проверки необходимо заблокировать высокое напряжение, чтобы избежать риска попадания под излучение на небольшом расстоянии.

Проведите кратковременное ускорение вращения, чтобы проверить правильность направления вращения, т.е. вращение анода должно быть против часовой стрелки, если смотреть на анод со стороны катодного конца.

Проверьте, что полная скорость ротора достигается при обычном цикле ускорения. На трубках РТМ типа скорость ротора может быть измерена при помощи измерения частоты напряжения обратной связи ротора на обмотке статора. При проведении этого измерения необходимо отсоединить стартёр от статора, и это позволит ротору вращаться по инерции.

Рентгеновская трубка — ежедневный прогрев

Если Вы будете давать большую нагрузку на трубку при холодном аноде, это приведёт к преждевременному износу фокуса, т.к. материал анода становится хрупким при комнатной температуре, поэтому поверхность анода намного легче повредить во время горячего цикла, осуществляемого установленной нагрузкой.

Несмотря на то, что вопросы безопасности и исполнительности часто являются преобладающими для диагностики, тем не менее, более важным для функционирования трубки является нагревание. Обычно оно применяется в установках компьютерной томографии, когда трубка не работала в течение более 3 часов и работала при высокой мощности. Если в программном обеспечении оборудования не содержится процедура нагрева, необходимые для этого данные можно получить в первой части процедуры выдержки трубки.

Рентгеновская трубка — обнаружение и поиск неисправностей

Обычно неисправности трубки (пробои высокого напряжения, отсутствие накала, поломка статора) обнаруживаются устройством безопасности оборудования.

Тем не менее, необходимо предпринимать превентивные меры каждый раз, когда раздается неестественный шум из трубки или из других частей, где есть высокое напряжение (кабели, генератор), так как это может означать неисправность. При таких обстоятельствах немедленно приостанавливайте съёмку, выключайте подачу электроэнергии на оборудование и пациент должен покинуть неисправный аппарат, затем свяжитесь с сервисным инженером и следуйте его инструкциям.

Проведите такие же незамедлительные действия самостоятельно или через сервисного инженера, если какой-либо из подвешенных грузов (кожух или коллиматор) демонстрирует нестабильное закрепление.

Высоковольтные пробои на землю. В случае поломок трубки или поломок других высоковольтных частей, пробои могут происходит между частями, соприкасающимися с высоким напряжением, и металлическим кожухом трубки, который обычно находится на потенциале земли. Опасность состоит в возможности поражения электрическим током пациентов, лаборантов или установщиков.

Рентгеновская трубка как работает

Генератором рентгеновых лучей является рентгеновская трубка. Современная электронная трубка конструируется по единому принципу и имеет следующее устройство. Основой является стеклянная колба в виде шара или цилиндра, в концевые отделы которой впаяны электроды: анод и катод. В трубке создается вакуум, что способствует вылету электронов из катода и быстрейшему их перемещению.

Катод представляет собой спираль из вольфрамовой (тугоплавкой) нити, которая укрепляется на молибденовых стержнях и помещается в металлический колпак, направляющий поток электронов в виде узкого пучка в сторону анода.
Анод делается из меди (быстрее отдает тепло и сравнительно легко охлаждается), имеет массивные размеры. Конец, обращенный к катоду, косо срезается под углом 45—70°. В центральной части скошенного анода имеется вольфрамовая пластинка, на которой находится фокус анода — участок 10—15 мм2, где в основном и образуются рентгеновы лучи.

Процесс образования рентгеновых лучей. Нить накала рентгеновской трубки — вольфрамовая спираль катода при подведении к ней тока низкого напряжения (4—15 В, 3—5А) накаливается, образуя свободные электроны вокруг нити. Включение тока высокого напряжения создает на полюсах рентгеновской трубки разность потенциалов, в результате чего свободные электроны с большой скоростью устремляются к аноду в виде потока электронов — катодных лучей, которые, попав на фокус анода, резко тормозятся, вследствие чего часть кинетической энергии электронов превращается в энергию электромагнитных колебаний с очень малой длиной волны. Это и будет рентгеновское излучение (лучи торможения).

По желанию врача и техника можно регулировать как количество рентгеновых лучей (интенсивность), так и качество их (жесткость). Повышая степень накала вольфрамовой нити катода можно добиться увеличения количества электронов, что обусловливает интенсивность рентгеновых лучей. Повышение напряжения, подаваемого к полюсам трубки, ведет к увеличению скорости полета электронов, что является основой проникающего качества лучей.

рентгеновская трубка

Выше уже было отмечено, что фокус рентгеновской трубки — это тот участок на аноде, куда попадают электроны и где генерируются рентгеновы лучи. Величина фокуса влияет на качество рентгеновского изображения: чем меньше фокус, тем резче и структурней рисунок и наоборот, чем он больше, тем более расплывчатым становится изображение исследуемого объекта.

Практикой доказано, чем острее фокус, тем быстрее трубка приходит в негодность — происходит расплавление вольфрамовой пластинки анода. Поэтому в современных аппаратах трубки конструируются с несколькими фокусами: малым и большим, или линейным в виде узкой полосы с коррекцией угла скошенности анода в 71°, что позволяет получать оптимальную резкость изображения при наибольшей электрической нагрузке на анод.

Удачной конструкцией рентгеновской трубки является генератор с вращающимся анодом, что позволяет делать фокус незначительных размеров и удлинить тем самым срок эксплуатации аппарата.

Из потока катодных лучей только около 1% энергии превращается в рентгеновы лучи, остальная энергия переходит в тепло, что приводит к перегреванию анода. Для целей охлаждения анода используются различные способы: водяное охлаждение, калорифер-но-воздушное, масляное охлаждение под давлением и комбинированные способы.

Рентгеновская трубка помещается в специальный просвинцованный футляр или кожух с отверстием для выхода рентгеновского излучения из анода трубки. На пути выхода рентгеновского излучения из трубки устанавливаются фильтры из различных металлов, которые отсеивают мягкие лучи и делают более однородным излучение рентгеновского аппарата.

Во многих конструкциях рентгеновских аппаратов в футляр наливается трансформаторное масло, которое со всех сторон обтекает рентгеновскую трубку. Все это: металлический футляр, масло, фильтры экранируют персонал кабинета и больных от воздействия рентгеновского облучения.

  1. Устройство рентгеновской трубки. Принципы получения рентгеновских лучей
  2. Устройство рентгеновских аппаратов
  3. Рентгенокинематография. Рентгенотелевидение
  4. Защита от вредного влияния рентгеновых лучей. Рентгеноскопия
  5. Рентгенография. Электрорентгенография
  6. Варианты рентгеновских снимков
  7. Томография. Принципы получения снимка при томографии
  8. Поперечно осевая томография. Стереорентгенография и компьютерная томография
  9. Методы контрастирования при рентгеновском исследовании и рентгенографии движений органов
  10. Тень на рентгеновском снимке и ее формирование. Скиалогия

Рентгеновская трубка

Рентгеновская трубка

Рентге́новская тру́бка, электровакуумный прибор для получения рентгеновского излучения . Основные элементы рентгеновской трубки – катод и анод , размещённые в вакуумном баллоне. При подведении к аноду напряжения эмитируемые катодом электроны ускоряются сильным электрическим полем в пространстве между электродами и бомбардируют поверхность анода.

Рентгеновское излучение возникает в результате резкого торможения ускоренных электронов при их ударе об анод; приобретённая электронами кинетическая энергия частично преобразуется в энергию рентгеновского излучения, а бо́льшая её часть – в тепловую энергию .

Анод рентгеновской трубки

Анод рентгеновской трубки. Анод рентгеновской трубки.

Рентгеновские трубки широко применяются для просвечивания материалов ( дефектоскопии ), рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализа, для технологических целей, медицинской диагностики и терапии и др. В большинстве типов рентгеновских трубок используются вольфрамовые прямонакальные катоды в виде плоской, винтовой или V-образной спирали, т. н. термоэлектронные катоды . В рентгеновских трубках, предназначенных для генерирования коротких (0,01–1 мкс) импульсов рентгеновского излучения, применяют холодные катоды (в виде острия или лезвия) из вольфрама (Wo) и других материалов, работающие в режиме автоэлектронной или взрывной электронной эмиссии. В рентгеновской трубке получили распространение массивные (толстые) и т. н. прострельные аноды. Массивный анод состоит из мишени толщиной 0,02–3 мм и медного цилиндра (тела анода). Прострельный анод – из тонкослойной (толщиной несколько мкм) мишени и слабо поглощающей рентгеновское излучение подложки.

Материал для мишени выбирается в зависимости от назначения рентгеновской трубки. Для получения интенсивного тормозного излучения мишень изготовляют из металлов с большим атомным номером : вольфрам (Wo), рений (Re) и др. Если используют характеристическое излучение рентгеновской трубки (например, в рентгеноструктурном анализе), то мишень выполняют из материала, обеспечивающего требуемую длину волны спектральных линий (для этих целей применяют хром (Cr), железо (Fe), медь (Cu) и другие металлы).

По способу вакуумирования рентгеновские трубки подразделяются на отпаянные (с постоянным вакуумом, наиболее распространены) и разборные, в которых вакуум в процессе работы поддерживается непрерывно с помощью насосов. Применение разборных рентгеновских трубок обусловлено необходимостью замены материала анода. Кроме того, такие рентгеновские трубки допускают её ремонт. Рентгеновские трубки различают:

  • по времени излучения – непрерывного действия и импульсные;
  • по типу охлаждения анода – с водяным, масляным, воздушным и радиационным охлаждением;
  • по способу фокусировки электронов на анод – с электростатической, магнитной и электромагнитной фокусировкой;
  • по размеру и форме фокусного пятна (области излучения на поверхности анода) и др.

Основные параметры рентгеновской трубки:

  • номинальное напряжение на трубке (10–2000 кВ);
  • линейные размеры фокусного пятна (1 мкм – 10 мм);
  • номинальная мощность (для трубок непрерывного действия – от 20 мВт до 90 кВт);
  • угол раствора рабочего пучка рентгеновского излучения (3–180 ° в зависимости от конструкции трубки);
  • коэффициент полезного действия (0,1–5 %).

Иванов Сергей Аркадьевич . Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2015.

Опубликовано 16 сентября 2022 г. в 12:14 (GMT+3). Последнее обновление 30 ноября 2023 г. в 15:39 (GMT+3). Связаться с редакцией

Применение

Рентгеновские трубки широко применяются:

  • в средствах неразрушающего радиографического контроля — дефектоскопия.
  • в научных исследованиях — структурный анализ, спектральный анализ;
  • в медицине — диагностика, рентгенотерапия;
  • в рентгеновской микроскопии;
  • в микро рентгенографии;

Устройство рентгеновской трубки

Главные элементы рентгеновской трубки — катод и анод. Они находятся внутри стеклянной колбы друг напротив друга.

Если детальнее разобраться в устройстве катода, то окажется, что это спираль из вольфрамовой нити. Когда ток начинает поступать на нить, она испускает поток электронов. Электроны с высокой скоростью устремляются к аноду (а их отрыв с катода называется электронной эмиссией). Такое желание электронов попасть на анод вызвано разностью потенциалов между катодом и анодом.

Когда электроны достигают своей цели (анода), они резко тормозятся. В результате этого торможения большая часть кинетической энергии электронов превращается в тепловую, оставшаяся часть — в рентгеновское излучение.

Материал, из которого сделан анод, должен быстро рассеивать тепло и очень эффективно превращать энергию в рентгеновское излучение. В большинстве случаев для изготовления анода используют вольфрам. Этот металл не плавится при высоких температурах, сохраняя свою прочность.

Также на аноде можно выделить фокусное пятно (это место, в которое стремятся попасть электроны). Чем меньше это пятно, тем резче будет рисунок. Но маленький размер может сказаться на времени работы трубки, поэтому для предотвращения быстрой поломки в трубку помещают вращающийся анод с двумя фокусами (маленьким и большим).

Трубка сильно нагревается при работе, поэтому в ее состав обязательно входит водная, воздушная или масляная система охлаждения.

Принцип работы рентгеновской трубки

Для медицинского оборудования поставляются совершенно разные трубки. Характеристики трубки зависят от того, для какого вида диагностики или лечения она будет применяться.

Нужное действие на ткани организма или необходимое качество изображения можно получить путем регулирования напряжения, тока трубки и времени ее работы. Здесь будет регулироваться самое главное — количество и качество излучения.

К примеру, для диагностики заболеваний врач использует устройство с трубкой, которые работают под напряжением до 150 кВ. Для лечения используются приборы с трубкой, работают под напряжением до 400 кВ.

Кроме напряжения может быть отличие и в размере фокусного (фокального) пятна, ведь именно этот параметр определяет разрешающую способность получаемых снимков. При его уменьшении возникает ограничение на максимальную мощность трубки: даже при использовании в качестве мишени анода очень тугоплавкого вольфрама при площади фокуса 1 кв. мм и односекундной экспозиции рассеяться без повреждений анода может не более 200 Вт.

Чтобы продлить жизнь аноду врачи-рентгенологи ведут специальные таблицы и графики, где фиксируют размер фокусного пятна, время работы и мощность рентгеновских трубок.

2. Рентгеновские трубки

Все рентгеновские трубки работают по одинаковому принципу: ускорение электронов в электрическом поле и их торможение в материале анода. Технически это реализуется таким образом, что между нагретым катодом и анодом прикладывается сильное элек­трическое поле. Электроны испускаются из нагретого материала катода и ускоряются, благодаря приложенному высокому напряже­нию, в направлении анода. Далее они проникают в материал анода и теряют там свою энергию в результате торможения. При этом необходимо вакуумировать путь прохождения пучка, чтобы избе­жать столкновения с молекулами газа. Выход рентгеновского излу­чения из корпуса осуществляется обычно через тонкое бериллиевое окно, проницаемое для этого излучения. Место на аноде, куда попадают ускоренные электроны и откуда излучается рентге­новский пучок, называется фокусным пятном, или фокусом труб­ки. Типичные размеры фокусных пятен современных микрофокус­ных трубок находятся в пределах 1-100 мкм, минифокусных тру­бок — 0,1 — 0,4 мм, стандартных — более 0,4 мм.

Основные конструктивные различия трубок заключаются в способе подключения высокого напряжения, длительности генера­ции излучения, в направлении выходного излучения. Наиболее важные типы трубок, применяемые в рентгеновской дефектоско­пии, — это трубка обычной двухэлектродной конструкции двух- и однополярные; специализированные конструкции с вынесенным полым анодом; с вращающимся анодом; импульсные и высоко­вольтные (свыше 400 кВ).

Трубка средней мощности (рис. 3.5) состоит обычно из вакуумно-плотного баллона (давление порядка 10 -4 Па), изготовленного из стекла или по металлокерамической технологии. Для этих целей обычно используется боросиликатное стекло (В203, Si02), которое позволяет применять стеклянно-металлические вводы на основе сплава ковара, имеющего коэффициент теплового линейного расширения, как и у стекла. Трубки со стеклянным баллоном чув­ствительны к тепловым и механическим ударам. Баллон металлокерамических трубок представляет собой металлический цилиндр, закрытый с обеих сторон керамическими дисками, обычно из окиси алюминия. Высокие изоляционные характеристики такой керамики позволяют уменьшить размеры излучателей.

Рис. 3.5. Схема рентгеновской трубки

На рисунке: 1 — подводящие провода, 2 — провод, 3 — вольфрамовая спираль; 4 — фокусирующая трубка; 5 — катод, 6 – угол скоса, 7 — окно из Be, 8 — центр генерации рентгеновского излучения, 9 — стеклянная оболочка, 10 — высоковольтный анод, 11 — вольфрамовая мишень.

Катодный узел включает вольфрамовую нить накала, окружен­ную металлическим электродом, создающим вокруг нее такую кон­фигурацию электрического поля, при которой электроны, выходя­щие из катода, движутся к аноду в виде узкого электронного пучка. Нить обычно питается переменным током (50 Гц) от отдельного регулируемого трансформатора. Ток нити накала находится в пре­делах 1. 10 А. Ток трубки лежит в диапазоне несколько десятков микроампер, у микрофокусных трубок — до 20 мА.

Анод рентгеновских трубок изготовляют из материала, обладаю­щего высокой удельной теплопроводностью, например, из меди, а мишень анода — из вольфрама. Мишень плотно размещается в медном аноде для обеспечения высокой теплопроводности.

Только малая часть энергетических потерь электронов испус­кается в виде рентгеновских квантов. Большая часть энергии уходит на нагрев материала анода. Отсюда следует, что анод должен охлаждаться. Технически это реализуется подключением циркуля­ционного контура водяного или масляного охлаждения, либо анода вращения.

КПД рентгеновской трубки rj — отношение доли электрической мощности трубки, переходящей в излучение, ко всей мощности, воспринимаемой анодом, полуэмпирически записывается в виде:

Его численные значения малы и составляют для вольфрамовой мишени примерно 1% при напряжении 100-150 кВ.

Лучевая отдача трубки зави­сит в основном от ускоряющего напряжения и предваритель­ной фильтрации излучения. Пользуясь графиком, можно подсчитать мощность поглощенной дозы D и поглощенную дозу D излуче­ния, создаваемые рентге­новской трубкой на расстоянии F от ее анода, по формулам:

где — радиационный выход трубки при напряжении Umах на расстоянии 1м от ано­да; i — ток трубки; t — время работы трубки; F — расстояние от анода трубки до детектора (фокусное расстояние).

Интенсивность излучения фотонного пучка, генерируемого труб­кой, можно выразить формулой:

где к — коэффициент пропорциональности; Z — атомный номер материала анода; U — напряжение, подаваемое на трубку; Iа — ток трубки.

В импульсных рентгеновских аппаратах используется не обыч­ная рентгеновская трубка с накальным катодом, а так называемая трубка с взрывной электронной эмиссией (с холодным катодом). В качестве катода в такой трубке используется вольфрамовая фоль­га толщиной в несколько микрон. Под действием импульса высоко­го напряжения очень короткой длительности (который обеспечива­ется разрядником-обострителем) кромка вольфрамового катода взрывается, образуется облако плазмы, которая является источни­ком электронов. Далее процесс ускорения электронов и возбужде­ния рентгеновского излучения протекает так же, как и в классиче­ских рентгеновских трубках с накальным катодом. В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются 2 типа импульсных рентгеновских трубок — игольчатая и прострельного типа.

Максимальное рабочее напряжение игольчатой трубки типа ИМА 5-320 Д составляет 320 кВ. Катод в виде шайбы изготовлен из вольфрамовой фольги. Внутренняя кромка шайбы является взрыв­ной кромкой, эмитирующей плазму. Анод выполнен из вольфрамо­вого прутка малого диаметра, заточенного на конус. Конец этого прутка является фокусным пятном трубки. Трубка пригодна как для направленного, так и для панорамного просвечивания.

Трубка прострельного типа ИМА 2-150Д рассчитана на макси­мальное напряжение 150 кВ. Здесь катод выполнен из вольфрамо­вой фольги, скрученной в трубку малого диаметра, и установлен на грибовидный электрод. Данный электрод защищает стеклянный конический изолятор от конденсации паров металла, образующих­ся при плазменном разряде. Прострельный вольфрамовый анод приварен непосредственно к выходному окну. В данной трубке электроны из плазмы, образующейся на кончике цилиндрического катода, бомбардируют плоский заземленный анод, а рентгеновские фотоны проходят сквозь него и выходное окно. Достоинством такой конструкции является возможность размещения исследуемо­го объекта вплотную у выходного окна трубки. Недостатком же является менее четкое фокусное пятно. К тому же эта трубка име­ет большие размеры по сравнению с игольчатой трубкой.

Импульсные аппараты генерируют серию мощных коротких импульсов рентгеновского излучения длительностью 10-20 не, с плотностью потока фотонов порядка 10 18 фотонов/с. Вместе с тем, время накопления энергии для следующего импульса достаточно велико, порядка 0,1 с, поэтому мощность дозы в несколько десят­ков раз меньше, чем у непрерывно излучающих аппаратов при том же напряжении.

Спектр излучения импульсной рентгеновской трубки отличается от трубки с постоянным напряжением. Максимум интенсивности спектра импульсного аппарата сдвинут в сторону больших длин волн, т.е. меньших энергий. Кроме того, непрерывный спектр импульсной рентгеновской трубки имеет более протяженный вид.

Принцип работы рентгеновских аппаратов. Работа рентгеновской трубки

Рентгеновское излучение

Принцип работы
рентгеновских аппаратов
Лучи проходят через кожный покров и в
разной степени поглощаются мышечной и
костной тканью. Больше всего
рентгеновские лучи поглощает кальций,
входящий в состав костей. Поэтому кости
на снимке ярко-белого цвета.
Соединительные ткани, мышцы, жир и
жидкость не так интенсивно поглощают
лучи, поэтому на изображении они имеют
оттенки серого цвета. Меньше всего
рентгеновские лучи поглощает воздух.

Рентгеновская трубка.
Рентгеновская трубка
3БДМ2-100. Слева
расположен катод,
справа массивный
медный анод с
бериллиевым окошком
для выхода излучения.
Черная точка на стекле
показывает
расположение пятна
излучения.

Принцип действия и
устройство.
Схематическое изображение
рентгеновской трубки. X —
рентгеновские лучи, K — катод,
А — анод (иногда называемый
антикатодом), С —
теплоотвод, Uh —
напряжение накала
катода, Ua — ускоряющее
напряжение, Win — впуск
водяного охлаждения, Wout —
выпуск водяного охлаждения

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий