Меню

Что такое анодное напряжение рентгеновской трубки



Что такое анодное напряжение рентгеновской трубки

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.

Читайте также:  Измерение постоянное напряжение с синусоидальным

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.

Источник

РЕНТГЕ́НОВСКАЯ ТРУ́БКА

РЕНТГЕ́НОВСКАЯ ТРУ́БКА, элек­тро­ва­ку­ум­ный при­бор для по­лу­че­ния рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния. Осн. эле­мен­ты Р. т. – ка­тод и анод, раз­ме­щён­ные в ва­ку­ум­ном бал­ло­не. При под­ве­де­нии к ано­ду на­пря­же­ния эми­ти­руе­мые ка­то­дом элек­тро­ны ус­ко­ря­ют­ся силь­ным элек­трич. 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 ки­не­тич. энер­гия ча­стич­но пре­об­ра­зу­ет­ся в энер­гию рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния, а бо́ль­шая её часть – в те­п­ло­вую энер­гию.

Р. т. ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся для про­све­чи­ва­ния ма­те­риа­лов (де­фек­то­ско­пии), рент­ге­но­ст­рук­тур­но­го и рент­ге­нос­пек­траль­но­го ана­ли­за, для тех­но­ло­гич. це­лей, мед. ди­аг­но­сти­ки и те­ра­пии и др. В боль­шин­ст­ве ти­пов Р. т. ис­поль­зу­ют­ся вольф­ра­мо­вые пря­мо­на­каль­ные ка­то­ды в ви­де пло­ской, вин­то­вой или V-об­раз­ной спи­ра­ли (см. Тер­мо­элек­трон­ный ка­тод). В Р. т., пред­на­зна­чен­ных для ге­не­ри­ро­ва­ния ко­рот­ких (0,01–1 мкс) им­пуль­сов рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния, при­ме­ня­ют хо­лод­ные ка­то­ды (в ви­де ост­рия или лез­вия) из Wo и др. ма­териа­лов, ра­бо­таю­щие в ре­жи­ме ав­то­элек­трон­ной или взрыв­ной элек­трон­ной эмис­сии. В Р. т. 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 неск. мкм) ми­ше­ни и сла­бо погло­щаю­щей рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние под­лож­ки. Ма­те­ри­ал для ми­ше­ни вы­би­ра­ет­ся в за­ви­си­мо­сти от на­зна­че­ния Р. т. Для по­лу­че­ния ин­тен­сив­но­го тор­моз­но­го из­лу­че­ния ми­шень из­го­тов­ля­ют из ме­тал­лов с боль­шим атом­ным но­ме­ром: Wo, Re и др. Ес­ли ис­поль­зу­ют ха­рак­те­ри­стич. из­лу­че­ние Р. т. (напр., в рент­ге­но­ст­рук­тур­ном ана­ли­зе), то ми­шень вы­пол­ня­ют из ма­те­риа­ла, обес­пе­чи­ваю­ще­го тре­буе­мую дли­ну вол­ны спек­траль­ных ли­ний (для этих це­лей при­ме­ня­ют Cr, Fe, Cu и др. ме­тал­лы).

Читайте также:  При психоэмоциональном напряжении что принимать

По спо­со­бу ва­куу­ми­ро­ва­ния Р. т. под­раз­де­ля­ют­ся на от­па­ян­ные (с по­сто­ян­ным ва­куу­мом, наи­бо­лее рас­про­стра­не­ны) и раз­бор­ные, в ко­то­рых ва­ку­ум в про­цес­се ра­бо­ты под­дер­жи­ва­ет­ся не­пре­рыв­но с по­мо­щью на­со­сов. При­ме­не­ние раз­бор­ных Р. т. обу­слов­ле­но не­об­хо­ди­мо­стью за­ме­ны ма­те­риа­ла ано­да, кро­ме то­го, та­кие Р. т. до­пус­ка­ют ре­монт труб­ки. Р. т. раз­ли­ча­ют так­же по вре­ме­ни из­лу­че­ния – не­пре­рыв­но­го дей­ст­вия и им­пульс­ные; по ти­пу ох­ла­ж­де­ния ано­да – с во­дя­ным, мас­ля­ным, возд. и ра­ди­ац. ох­ла­ж­де­ни­ем; по спо­со­бу фо­ку­си­ров­ки элек­тро­нов на анод – с элек­тро­ста­тич., маг­нит­ной и элек­тро­маг­нит­ной фо­ку­си­ров­кой; по раз­ме­ру и фор­ме фо­кус­но­го пят­на (об­лас­ти из­лу­че­ния на по­верх­но­сти ано­да) и др.

Осн. па­ра­мет­ры Р. т.: 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). Кпд Р. т. со­став­ля­ет 0,1–5%.

Источник

Рентгеновская трубка: принцип работы

рентгеновская трубка

Рентгеновская трубка – это электровакуумный прибор, генерирующий рентгеновское излучение. Сфера использования рентгеновских трубок:

  • медицинская (диагностика заболеваний с помощью рентгенографии, рентгеноскопии, маммографии и компьютерной томографии, лучевая терапия при некоторых разновидностях опухолей);
  • промышленная (материаловедение, определение химического строения вещества, дефектоскопия, обеспечение безопасности в аэропортах и т.п.)

Как устроена рентгеновская трубка?

схема рентгеновской трубки

Современные трубки имеют следующее устройство: внутри стеклянной колбы с вакуумом впаяны электроды – катод и анод. Они находятся напротив друг друга.

Катод представляет собой спираль из вольфрамовой нити. При подаче на нее тока катод начинает испускать поток электронов, который ускоряется и двигается в сторону анода за счет разности потенциалов между ними. Процесс отрыва электронов с катода называется электронной эмиссией.

Читайте также:  Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения как определить экспериментально

Анод действует как мишень для электронов. Попадая на анод, электроны резко тормозятся, и большая часть их кинетической энергии преобразуется в тепловую энергию, а наименьшая часть (около 1%) – в рентгеновское излучение. Оно направлено перпендикулярно оси движению электронов – за счет скошенной поверхности анода.

Для материала анода подбирается тугоплавкий сплав, который, с одной стороны, быстро рассеивает тепло, с другой стороны – максимально эффективно преобразует энергию в рентгеновское излучение. Чаще всего – используется вольфрам, который имеет высокую температуру плавления и сохраняет свою прочность при нагреве.

Участок анода, куда попадают электроны, называется фокусным* пятном. От его размера зависит качество получаемых изображений – чем он меньше, тем резче получается рисунок. Обратной стороной является более быстрое повреждение анода. Чтобы избежать этого, рентгеновские трубки снабжают вращающимся анодом и конструируют с двумя фокусами – большим и малым.

Так как очень большое количество энергии преобразуется в нежелательное тепло, то рентгеновскую трубку снабжают системой охлаждения – водным, воздушным или масляным.

Рентгеновская трубка: принцип работы

Трубки для медицинских рентгеновских аппаратов поставляются с различными характеристиками. При этом трубки для разных видов диагностики и для терапии будут иметь разные показатели.

Путем изменения электрических параметров (напряжение, ток трубки) и времени воздействия можно менять количество и качество рентгеновского излучения, добиваясь тем самым необходимого воздействия на биологические ткани или требуемого качества получаемых изображений.

Например, рентген трубки, используемые для диагностических целей, работают при максимальном напряжении до 150 кВ, а для терапевтических – до 400 кВ. Фокусное пятно трубок для маммографии меньше, чем у трубок для рентгеновских аппаратов.

Большое значение имеют оптические характеристики трубки – размер фокусного пятна 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.

Для продления срока службы анода в практической рентгенографии используют специальные таблицы и графики зависимости размера фокусного пятна, времени экспозиции и мощности, подаваемой на трубку.

*Фокусное пятно – распространенный перевод термина «focal spot» в отечественной литературе. Но более правильным является употребление термина – фокальное пятно.

Источник