Начало >> Статьи >> Архивы >> Рентгеновские аппараты

Рентгеновские трубки - Рентгеновские аппараты

Оглавление
Рентгеновские аппараты
Введение
Генерирование рентгеновских лучей
Ослабление рентгеновских лучей веществом
Световозбуждающее и фотографическое действия рентгеновских лучей
Количественная и качественная оценка рентгеновского излучения
Защита от рентгеновских лучей
Применение - рентгенодиагностика
Применение - рентгенотерапия
Применение - рентгенодефектоскопия
Применение - рентгеноструктурный анализ
Применение - рентгеноспектральный анализ
Применение - облучение в технологических целях
Рентгеновские трубки
Электрические характеристики рентгеновских трубок
Рентгеновские излучатели
Высоковольтный рентгеновский кабель
Рентгеновские питающие устройства
Главные трансформаторы
Параметры R, L и С главного трансформатора
Представление о расчете главного трансформатора
Главные трансформаторы с переменным коэффициентом трансформации
Высоковольтные вентили
Высоковольтные генераторы
Регулировка напряжения на трубке и тока трубки
Включение и отключение питающего устройства
Автоматика в рентгеновских питающих устройствах
Стабилизация работы питающего устройства
Контроль напряжения на трубке и ее анодного тока
Выпрямительные схемы рентгеновских питающих устройств
Однополупериодная безвентильная схема
Однополупериодная вентильная схема
Двухполупериодная схема
Схема удваивания с пульсирующим напряжением
Схема удваивания со сглаженным напряжением
Падение напряжения в главной цепи питающего устройства
Перенапряжения в питающих устройствах
Импульсное питание рентгеновской трубки
Рентгенодиагностические аппараты
Рентгенодиагностические исследования
Рентгенодиагностические трубки
Системы регулировок рентгенодиагностического аппарата
Регулировка выдержки
Защита трубки от перегрузки
Реле экспозиции
Падающая нагрузка
Передвижные аппараты
Стационарные аппараты
Усилитель яркости рентгеновского изображения
Рентгенокиносъемка
Рентгенотелевидение
Флюорографические аппараты
Хирургические аппараты
Аппараты для ангиокардиографии
Аппараты для близкофокусной и внутриполостной терапии
Аппараты для глубокой терапии
Рентгенодефектоскопические аппараты
Рентгеновские микроскопы
Рентгеновские аппараты для структурного анализа
Рентгеновские аппараты для спектрального анализа
Рентгеновские аппараты для облучения в технологических целях

ГЛАВА ВТОРАЯ
РЕНТГЕНОВСКИЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ
1. РЕНТГЕНОВСКИЕ ТРУБКИ
Рентгеновский излучатель состоит из рентгеновской трубки и защитного кожуха, в который встроена трубка. Изолирующей средой в кожухе обычно является трансформаторное масло. Применяются также воздушная изоляция и газовая изоляция под давлением. Конструкция рентгеновского излучателя зависит, естественно, от конструкции встраиваемой рентгеновской трубки.

Весьма распространенная конструкция рентгеновской трубки изображена на рис. 2-1. Оболочка трубки представляет собой запаянный стеклянный баллон. Электроды расположены по оси трубки друг против друга и укрепляются в торцах баллона путем спая металла со стеклом. Анод срезан под углом. Рентгеновские лучи распространяются от фокуса во все стороны. В трубке такой конструкции используется сравнительно узкий пучок, осью которого является так называемый центральный луч, исходящий из центра фокуса под прямым углом и оси трубки. Подобные трубки строятся на напряжения 50—400 кВ. Нижний предел определяется сильным поглощением мягкого излучения стеклянной оболочкой, верхний — трудностью обеспечения достаточной электрической прочности.
Рентгенодиагностическая трубка на 85 кВ
Рис. 2-1. Рентгенодиагностическая трубка на 85 кВ для работы в масле.
1 — катод; 2 — анод; 3 — радиатор.
При практическом использовании рентгеновских лучей в подавляющем большинстве случаев важно, чтобы рентгеновская трубка имела небольшой, резко выраженный фокус. Для получения такого фокуса приходится прибегать к искусственной фокусировке потока электронов, движущихся от катода к аноду. В рентгеновских трубках обычно применяется электрическая фокусировка потока электронов. Нить катода помещается в специальное фокусирующее устройство, электрически соединенное с нитью и создающее вокруг нее такую конфигурацию электрического поля, при которой электроны, выходящие из катода, движутся к аноду в виде относительно узкого (но все же расходящегося) электронного пучка.
Форма фокуса зависит от формы фокусирующего устройства. В настоящее время, как правило, применяются трубки с круглым или прямоугольным («линейным») фокусом (рис. 2-2). Как ясно из рис. 2-3, в трубках с линейным фокусом величина «видимого» или, как его называют, «оптического» фокуса значительно меньше величины действительного фокуса.
Катоды рентгеновских трубок
Рис. 2-2. Катоды рентгеновских трубок.
а — для круглого фокуса; б — для линейного фокуса.
Рис. 2-3. Разница между действительным и оптическим фокусами в трубке с линейным фокусом.

Глубина посадки нити влияет не только на величину фокуса, но, как показано на рис. 2-4, и на распределение электронов по его площади. Неравномерное распределение электронов в фокусе невыгодно, так как оно ухудшает оптические свойства фокуса.

Так как при торможении электронов их кинетическая энергия почти полностью превращается в тепловую фокусное пятно при работе трубки нагревается до высокой температуры.

Рис. 2-4. Фокусирование электронов при различной глубине посадки нити в фокусирующем устройстве.
Поэтому в тело анода обычно впаивается пластинка из тугоплавкого металла, называемая зеркалом анода. Фокус трубки располагается в середине поверхности зеркала.

Материалом для зеркала служит обычно вольфрам, имеющий весьма высокую температуру плавления (3 370°С) и высокий атомный номер (Z = 74), обеспечивающий относительно высокую отдачу рентгеновских лучей.

Чтобы иметь возможность достаточно интенсивно использовать трубку, следует позаботиться о достаточно интенсивном отводе тепла от фокусного пятна. Для этого тело анода делают обычно медным и применяют различного рода охлаждающие устройства. Так, при радиаторном охлаждении (рис. 21) стержень анода делается сплошным и снаружи трубки на этом стержне укрепляется радиатор, облегчающий отдачу тепла окружающему пространству. Охлаждение становится значительно более интенсивным, если стержень анода сделать полым и применить принудительную циркуляцию через эту полость охлаждающей жидкости (масла или воды) при помощи специального насоса. При водяном охлаждении в случае заземления анода можно использовать водопровод.
В тех трубках, конструкция которых не предусматривает специальных охлаждающих устройств, анод делается целиком из вольфрама. При работе трубки анод раскаляется и отдает тепло путем лучеиспускания.
Часть электронов, достигающих анода рентгеновской трубки, отражается от него и попадает па баллон трубки, создавая иа ней отрицательный поверхностный заряд. Этот заряд оказывает существенное и в основном вредное влияние па работу трубки. В частности, поверхностный заряд создает неравномерное падение напряжения вдоль баллона трубки. Поэтому в некоторых конструкциях рентгеновских трубок предусматриваются меры, препятствующие попаданию электронов на баллон.
Наиболее распространенная конструкция изображена на рис. 2,5.
Рентгенодефектоскопическая трубка на 200 кВ
Рис. 2-5. Рентгенодефектоскопическая трубка на 200 кВ с проточным масляным охлаждением для работы в масле.
На аноде укреплен специальный медный чехол, улавливающий отраженные электроны. Для выхода рентгеновских лучей в чехле предусматривается оконце, в которое вставляется бериллиевая, пластинка. Ввиду малого атомного номера бериллия (Z=4) эта пластинка поглощает лучи лишь в незначительной степени. Одновременно чехол осуществляет частичную защиту от неиспользуемого рентгеновского излучения, позволяя уменьшать слой свинца на защитном кожухе *.

*В трубках для структурного и спектрального анализов зеркала делаются и из иных металлов (§ 1-6).

Мы рассмотрим более подробно три вопроса: 1) ослабление рентгеновского излучения стеклянным баллоном; 2) электрическую прочность трубки и 3) нагрев анода.
Массовые коэффициенты ослабления для отечественных сортов стекол, используемых в качестве материала для баллонов рентгеновских трубок, даны в табл. 2-1. Как мы видим, они близки к коэффициенту для алюминия.

Таблица 2-1
Значения массовых коэффициентов ослабления для некоторых сортов стекла, бериллия и алюминия


Наименование
материала

Длина волны, 10-7 м

81

173

300

511

1 000

С-47-1

0,155

0,240

0,577

2,13

13,8

С-48-1

0,151

0,201

0,402

1,28

8,37

С-49-2

0,151

0,202

0,405

1,30

8,53

Бериллий

0,135

0,145

0,177

0,285

1,10

Алюминий

0,145

0,235

0,545

2,06

14,2

При оценке поглощения следует иметь в виду, что полный коэффициент ослабления для стекла меньше полного коэффициента для алюминия в отношении их плотностей, т. е. приблизительно в 2,7 раза. Если принять ориентировочно, что непрерывный спектр, генерируемый трубкой, ослабляется стеклом как однородное излучение с длиной волны, равной
(2-1)
то можно установить, что для стекла С-47-1 при толщине 2—3 мм поглощается при напряжении 50 кВ примерно 20—25% излучения, при напряжении 25 кВ — более 60—70%. Поглощение в стеклах С-48-1 и С-49-2 несколько меньше, однако также велико по сравнению с бериллием. Поэтому трубки с выходом лучей сквозь стекло почти не используются при напряжениях ниже 35—40 кВ. Основными составляющими стекол С-47-1 и С-48-1 являются SiO2 и В2O3, стекла С-49-2 — SiO2 и Na2O.
Для обеспечения достаточной электрической прочности рентгеновской трубки необходимо: а) придать баллону трубки нужные размеры и форму; б) придать необходимые формы электродам трубки; в) обеспечить достаточную степень вакуума в трубке.
Для предотвращения внешних поверхностных разрядов напряженность поля вдоль баллона трубки должна быть не более 4—5 кВ/см в воздухе и 8—10 кВ/см в масле, причем имеется в виду максимальное (за период) значение напряжения. Форма баллона должна быть такой, чтобы не возникало внутренних разрядов между баллоном и одним из электродов. У подавляющего большинства трубок баллоны имеют расширенную среднюю часть. Это целесообразно также и для уменьшения нагрева стекла.
Сильные электрические поля, создаваемые в трубке анодным напряжением, могут приводить к электростатической (автоэлектронной) эмиссии, представляющей собой вырывание электронов из отрицательного электрода. Вырывание будет иметь место при достаточно больших значениях напряженности поля у поверхности электрода, причем в зависимости от состояния поверхности эти значения оказываются весьма различными. Микроскопические выступы, а также загрязнения и окислы облегчают вырывание электронов. Практически опасной напряженностью поля у поверхности отрицательного электрода следует считать 100 кВ/см; при этом около микроостриев напряженность поля будет увеличиваться до стократных значений. Отрицательным электродом может быть не только катод трубки: при работе на переменном напряжении отрицательными становятся оба электрода.
При возникновении электростатической эмиссии имеют место большие плотности тока, так как электроны вырываются из небольших острий. Как в месте выхода, так и в месте попадания электронов происходит интенсивное выделение тепла на небольшом участке, что может привести к выделению газов и усилению разряда, разряд может лавинообразно нарастать и привести к окончательному выходу трубки из строя.

Мерами борьбы против электростатической эмиссии являются достаточное удаление электродов друг от друга и придание электродам такой формы, которая способствовала бы понижению напряженности поля у отрицательного электрода. Большое значение имеет обработка поверхности этого электрода. Удаление электродов является действенной мерой при расстояниях между ними порядка диаметра электродов. Дальнейшее увеличение расстояния мало изменяет напряженность поля около электродов. Практически трудности борьбы с электростатической эмиссией резко возрастают при анодных напряжениях свыше 200 кВ; это приводит к тому, что трубки обычной конструкции строятся на напряжения до 400 кВ.
Для нормальной работы рентгеновской трубки необходим вакуум порядка 10-4 Па (10-6 мм рт. ст.). Для поддержания такой степени вакуума все части трубки должны быть настолько хорошо обезгажены, чтобы при сильных и концентрированных нагревах деталей количество выделяющихся газов было незначительным. Высокая степень обезгаживания деталей приводит к тому, что трубка с наличием некоторых незначительных остатков газа в междуэлектродном пространстве быстро приобретает высокий вакуум («жестится» в работе), так как хорошо обезгаженные детали обладают способностью поглощать газ. С другой стороны, высокий вакуум в трубке с плохо обезгаженными деталями ничего дать не может: детали, нагреваясь при работе, будут наоборот, выделять газ, вакуум будет снижаться и сможет возникнуть разряд.
Необходимо отметить, что размещение рентгеновской трубки в защитном кожухе утяжеляет условия ее работы: заземленный защитный кожух изменяет конфигурацию электрического поля между электродами и оболочкой трубки, а также между оболочкой и окружающим трубку пространством. Поэтому при разработке нового типа рентгеновской трубки она обязательно должна быть тщательно проверена в защитном кожухе, который для нее предназначается.
Нагрев анода является основным фактором, ограничивающим допускаемую мощность трубки, (а тем самым и интенсивность рентгеновского излучения). При длительной работе трубки в отечественной практике для различных систем охлаждения приняты следующие условия (табл. 2-2).

Т а б л π ц a 2-2
Условия охлаждения рентгеновских трубок (ГОСТ 8490-66)


Способ охлаждения

Характеристика температурных режимов работы

Естественное охлаждение (лучеиспускание)

Температура баллона трубки в наиболее нагретой части — не более 170 °С

Естественное воздушное охлаждение анодного радиатора

Температура окружающей среды — не более 35 °С

Принудительное воздушное охлаждение анодного радиатора

Охлаждение должно обеспечивать при продолжительной работе трубки температуру стержня у радиатора (между радиатором и трубкой) не более 180 °С

Естественное масляное охлаждение анодного радиатора

Охлаждение должно обеспечивать при продолжительной работе трубки температуру металлических частей трубки, соприкасающихся с маслом, не более 150 °С

Принудительное масляное охлаждение при помощи циркуляционного устройства

Расход масла должен быть не менее 15 л/мин при температуре входящего в анод трубки масла не выше 60 °С (если иные специальные требования не оговорены в стандартах пли технических условиях на отдельные типы трубок)

Принудительное водяное охлаждение

Расход воды—не менее 5—6 л/мин при температуре воды, входящей в анод трубки, не выше 50 °С и не менее 3 л/мин при температуре воды не выше 20 °С (если иные специальные требования не оговорены в стандартах или технических условиях на отдельные типы трубок)

Примечание. Одновременно при длительной работе не должны превосходить допускаемых значений: температура меди под вольфрамовым зеркалом 700— 800 °С и температура фокусного пятна 1 500—1 600 °С.
Допускаемая длительная мощность трубки зависит в первую очередь от интенсивности охлаждения анода. Если охлаждение достаточно интенсивно, то существенную роль играет также величина фокусного пятна. На рис. 2-6 даны в качестве примера допустимые удельные нагрузки (мощность, приходящаяся на единицу площади фокусного пятна) для круглого фокуса при интенсивном проточном охлаждении, обеспечивающем температуру 300 °С в анодном сечении, отстоящем от фокуса на расстоянии, равном диаметру анода: кривая построена по данным, приведенным в [Л. 83] для медного анода диаметром 30 мм с вольфрамовым зеркалом толщиной 2 мм, причем принималось, что предельно допустимые температуры меди 800°С и вольфрама 1 500°С. Как мы видим, допустимые нагрузки сильно зависят от площади фокусного пятна. Допускаемые нагрузки в отечественных рентгеновских трубках обычно несколько ниже указанных.
Если допустимая длительная мощность трубки определяется величиной фокусного пятна, то переход от круглого фокуса к линейному позволяет или сократить размеры видимого фокуса при той же мощности, или увеличить мощность при тех же размерах видимого фокуса. Поэтому трубки с линейным фокусом получили широкое применение. В рентгенодефектоскопии (и рентгенодиагностике) распространены трубки с двумя линейными фокусами— большим и малым. Допускаемая мощность трубки для малого фокуса естественно меньше, чем для большого, однако малый фокус представляет собой источник излучения меньших размеров.

Рис. 2-6. Допустимые длительные удельные нагрузки для круглого фокуса.
Из-за относительно медленного распространения тепла вдоль анода тепловой режим устанавливается не сразу. Поэтому кратковременно (несколько секунд и менее) трубка может работать при значительно большей мощности, чем длительно, причем ее предельно допустимая кратковременная мощность зависит лишь от площади фокусного пятна (и длительности включения) и не зависит от системы охлаждения анода. Это обстоятельство оказывается чрезвычайно важным для рентгенодиагностических трубок, так как позволяет сокращать выдержки и повышать качество снимков.
На рис. 2-7 даны допустимые секундные удельные нагрузки для линейного фокуса в зависимости от его ширины. Имеется в виду трубка с радиаторным охлаждением, подобная изображенной на рис. 2-1, при работе на выпрямленном пульсирующем напряжении. Длина фокуса считается в 3 раза большей, чем ширина (угол среза анода — 19°). Это дает в направлении центрального пучка лучей (перпендикулярного потоку электронов) видимый фокус квадратной формы со стороной, равной ширине фокуса. Кривая построена по данным, приведенным в [Л. 84], причем там принимается, что предельно допустимая температура вольфрама равна 2 600°С, т. е. значительно выше, чем при длительной работе, однако одновременно рекомендуется умножать указанные нагрузки на коэффициент запаса 0,8.
Рентгено-диагностическая трубка на 125 кВ с вращающимся анодом
Рис. 2-8. Рентгено-диагностическая трубка на 125 кВ с вращающимся анодом.
Из рис. 2-7 можно сделать заключение, что при ширине фокуса 2 мм допустимая секундная мощность трубки равна примерно 3 кВт, а три ширине 4 мм— 10 кВт. Допустимая длительная мощность не превышает 300 Вт независимо от ширины фокуса, что объясняется малой интенсивностью радиаторного охлаждения.

Рис. 2-7. Допустимые секундные удельные нагрузки для линейного фокуса.
Стремление к увеличению кратковременной мощности и сокращению выдержек при снимках с сохранением малых размеров фокуса привело к развитию рентгенодиагностических трубок с вращающимся анодом. Такая трубка представлена на рис. 2-8. Массивный вольфрамовый анод укреплен на оси, соединенной о медным цилиндром, вращающимся в подшипниках, находящихся в вакууме. Медный цилиндр служит короткозамкнутым роторам асинхронного двигателя, изолированный статор которого (на рис. 2-8 не показанный) надевается снаружи на баллон трубки, охватывая ротор. Ток, протекающий через обмотку статора, создает вращающееся магнитное поле, которое увлекает ротор и приводит, таким образом, анод во вращение. Нить катода смещена относительно оси трубки, благодаря чему при вращении анода фокус перемещается по его поверхности, оставаясь в то же время неподвижным по отношению к баллону трубки и окружающему пространству. Фокус трубки — линейный, охлаждение анода—лучеиспусканием. Частота вращения ротора при частоте 50 Гц составляет 2 600— 2 800 об/мин. Чтобы увеличить срок службы подшипников, разгон анода должен осуществляться непосредственно перед включением высокого напряжения. Время разгона равняется 0,8—<1 с.

Рис. 2-9. Зависимость допустимой мощности Ра и допустимой энергии А от выдержки для рентгенодиагностической трубки 14-30-БД-10-150 в трехфазных выпрямительных схемах.
1 — фокус 1X1 мм; 2 — фокус 2X2 мм.
Применение вращающегося анода позволяет в 5—10 раз увеличить допустимую секундную мощность трубки по сравнению с неподвижным анодом при той же величине фокуса. Трубки с вращающимся анодом в большинстве случаев изготовляются двухфокусными. Ширина большого фокуса не превышает 2 мм, что дает видимый фокус размером 2x2 мм.
Зависимость от выдержки допустимой мощности, которую может воспринять анод, называется нагрузочной характеристикой рентгенодиагностической трубки. Такие характеристики для отечественной двухфокусной трубки типа 14-30-БД-150 с вращающимся анодом представлены на рис. 2-9. На рис. 2-9,а время дано в линейном, а на рис. 2-9,б — в логарифмическом масштабе. Здесь же представлены зависимости от выдержки допустимой энергии А. Как мы видим, допустимая энергия с уменьшением выдержки понижается; таким образом, для получения необходимой плотности почернения пленки может оказаться необходимым понизить мощность и увеличить выдержку.
Рассмотренные рентгеновские трубки, несмотря па ряд существенных различии (форма фокуса, число фокусов, система охлаждения анода, анод — неподвижный или вращающийся), объединены важнейшим признаком —одинаковой конфигурацией используемого пучка рентгеновских лучей, выходящего за пределы трубки сквозь стеклянный баллон. Как высоковольтные приборы эти трубки характерны тем, что они предназначаются для питания симметричным (относительно земли) высоким напряжением, хотя допускают при работе в защитном кожухе соответствующей конструкции заземление одного из электродов, например анода, если хотят упростить систему его охлаждения. Такие трубки строятся на напряжения 50—400 кВ. Далее даются примеры рентгеновских трубок, отличающихся по указанным признакам от рассмотренных.


Рис. 2-10. Трубка для рентгено- структурного анализа на 150 кВ.
1 — анод; 2 — зеркало; 3 — выходные окна; 4 — катод; 5 — катодный ввод высокого напряжения.

На рис. 2-10 изображена трубка для рентгеноструктурного анализа на напряжение 150 кВ.
Массивный медный анод заземлен и охлаждается проточной водой. Анод имеет прямой срез, что позволяет использовать излучение, исходящее от зеркала в различных направлениях под небольшими углами к плоскости среза. Фокус трубки— линейный, его действительные размеры 0,4X8 мм. Размеры фокуса, видимого под углом 3°, составляют 0,4X0,4 мм и в перпендикулярном направлении под углом 6° — 0,04X8 мм. Для выхода лучей имеются оконца из вакуумно-непроницаемого бериллия. Трубка рассчитана на воздушную изоляцию.
На рис. 2-11 представлена трубка для рентгеноспектрального (флуоресцентного) анализа па напряжение 50 кВ. Она также имеет заземляемый массивный медный анод, который охлаждается проточной водой. Электроны, исходящие из нити накала, фокусируются так, что движутся в направлениях, перпендикулярных оси трубки. В итоге фокус имеет форму кольца шириной 6 мм на внутренней поверхности анода, которая в этом месте покрывается тонким слоем того материала, характеристическое излучение которого хотят использовать. Рентгеновские лучи выходят из трубки сравнительно широким потоком (с осевой симметрией) через бериллиевое оконце. Трубка рассчитана на масляную изоляцию.
Трубка для рентгеноспектрального анализа
Рис. 2-11. Трубка для рентгеноспектрального анализа на 50 кВ.
1 — катод; 2 — анод; 3 —фокусное кольцо; 4 — выходное оконце.
Рентгенодефектоскопическая трубка на 160 кВ для «панорамного» просвечивания
Рис. 2-12. Рентгенодефектоскопическая трубка на 160 кВ для «панорамного» просвечивания.
1 — катод; 2 — анод; 3 — вольфрамовое зеркало; 4 — бериллиевое кольцо; 5 — медный чехол; 6 — флянец для крепления; 7 — радиатор.
На рис. 2-12 изображена рентгенодефектоскопическая трубка на напряжение 160 кВ, дающая кольцевой пучок лучей и предназначаемая для так называемого «панорамного» просвечивания.

Вольфрамовое зеркало анода имеет здесь коническую форму и рентгеновские лучи исходят в виде кольцевого пучка, проходящего сквозь стеклянный баллон трубки по всей окружности. Трубка предназначена для работы в масле и имеет радиаторное охлаждение. Анод трубки может заземляться. Трубки для панорамного просвечивания выпускаются также с анодом, имеющим просто прямой срез.

Рис. 2-13. Рентгенодефектоскопическая трубка на 150 кВ с выносным полым анодом.
Особым классом являются рентгеновские трубки с выносным полым анодом. Анод такой трубки представляет собой полую медную трубу, выходящую за пределы стеклянного баллона трубки. Фокус находится на запаянном конце трубы. Снаружи на медную трубу надевается тонкая латунная оболочка; в промежутке между ними циркулирует вода. Анод, естественно, заземляется.
Трубки с выносным полым анодом на напряжения до 60—100 кВ применяются для внутриполостной рентгенотерапии, поскольку такой анод позволяет вводить источник излучения в полости человеческого тела. Трубки на напряжения 150—-200 кВ применяются в рентгенодефектоскопии.
Такая трубка изображена на рис. 2-13. Стеклянный баллон трубки располагается в защитном кожухе с трансформаторным маслом. Длина анода трубки может достигать 1 м и больше. Расстояние между катодом и фокусом при этом столь велико, что электрическая фокусировка оказывается недостаточной, и прибегают к дополнительной магнитной фокусировке. Снаружи на трубку надевается специальная фокусирующая катушка, ось которой совпадает с осью электронного пучка. При прохождении через катушку электрического тока создается магнитное поле, суживающее электронный пучок. Изменяя ток фокусирующей катушки, можно изменять степень фокусировки электронного пучка.
В зависимости от конструкции конечной части полого анода могут использоваться различные пучки лучей (рис. 2-14). Если конечная часть представляет собой

сравнительно массивное медное тело со впаянным вольфрамовым зеркалом, то пучок лучей может быть или кольцевым (рис. 2-14,а), или иметь преимущественное направление (рис. 2-14,б). Если конечная часть представляет собой тонкую медную стенку, то используется торцовое излучение (рис. 2-14,в). Для повышения интенсивности излучения внутренняя поверхность запаянного конца покрывается топким слоем золота (Z = 79).

Рис. 2-14. Варианты излучающей части полого анода.
Как уже указывалось, двухэлектродные рентгеновские трубки изготовляются на напряжения до 400 кВ. Основными препятствиями на пути создания подобных трубок па более высокие напряжения являются: 1) электростатическая (автоэлектронная) эмиссия, обусловленная большой протяженностью поля около электродов; 2) неравномерное распределение напряжения вдоль баллона трубки. Поэтому при очень высоких напряжениях применяются так называемые секционированные (каскадные) трубки, в которых выравнивание электрических полей достигается применением промежуточных электродов с принудительно задаваемыми потенциалами.
Защита от рентгеновских лучей является при очень высоких напряжениях весьма серьезной задачей. Защиту легче обеспечить, если источником излучения является фокусное пятно, находящееся в глубине полого заземленного анода. Поэтому секционированные трубки обычно делаются с полым анодом, хотя заземление анода и осложняет изоляцию всего аппарата. Достоинством полого анода является также и то, что он практически полностью улавливает отраженные электроны. Эскиз секционированной трубки изображен на рис. 2-15. Промежуточные электроды, представляющие собой полые цилиндры, укреплены на металлических кольцах, спаянных со стеклом. Трубка предназначается для работы в моноблоке с масляной изоляцией.


Рис. 2-16. Рентгеновские трубки на 1 000 и 2 000 кВ.

Рис. 2-15. Эскиз секционированной рентгеновской трубки с полым анодом.
1 — катод; 2 — промежуточный электрод; 3 — полый анод; 4 — вольфрамовое зеркало; 5 — водяная рубашка; 6 — свинцовый чехол; 7 — фокусирующая катушка.

На рис. 2-16 изображены секционированные рентгеновские трубки на напряжения 1 000 и 2 000 кВ. Эти трубки предназначаются для работы в моноблоках с газовой изоляцией под давлением.
Трубка на 1 000 кВ состоит из 12 секций, длина ее без полого анода — 750 мм, диаметр — 90 мм.
Трубка на 2 000 кВ состоит из 24 секций; длина ее примерно в 2 раза больше. Трубки имеют магнитную фокусировку и управляющую сетку, позволяющую на переменном напряжении работать с отсечкой анодного тока, что повышает отдачу рентгеновских лучей. Моноблоки с секционированными рентгеновскими трубками используются в рентгенотерапевтических и рентгенодефектоскопических аппаратах.
Общие требования, предъявляемые к отечественным рентгеновским трубкам, изложены в ГОСТ 8490-66 «Трубки рентгеновские электронные. Общие технические требования». Здесь мы лишь разъясним условные обозначения трубок. Эти обозначения состоят из комбинации цифр и букв. Первая цифра — предельно допустимая мощность трубки в киловаттах, секундная — для диагностических трубок и длительная — для остальных. Далее идут буквы, из которых первая определяет защиту от рентгеновских лучей, вторая — назначение трубки, третья—систему охлаждения.
Первая буква Р — обозначает трубку с защитой, Б — трубку для работы в защитном кожухе (или моноблоке). Вторая буква Д — диагностика, Т — терапия, П — дефектоскопия (просвечивание материалов), С — структурный анализ, X — спектральный анализ. Третья буква К — воздушное радиаторное охлаждение, М — масляное радиаторное или проточное) и В — водяное; отсутствие буквы означает охлаждение лучеиспусканием. За буквами идет цифра, обозначающая условный номер типа трубки в данной группе. Последняя цифра дает предельно допустимое анодное напряжение в киловольтах.
Так, например, 3-БДМ2-100 — диагностическая трубка мощностью 3 кВт с масляным (радиаторным) охлаждением на 100 кВ для работы в защитном кожухе; условный номер типа — 2. Трубка 14-30-БД10-150 — двухфокусная диагностическая трубка мощностью 14 и 30 кВт с охлаждением лучеиспусканием (с вращающимся анодом) на 150 кВ для работы в защитном кожухе; условный номер типа—10. Трубка 2,5-БПМ4-250 — дефектоскопическая трубка мощностью 2,5 кВт с масляным (проточным) охлаждением на 250 кВ для работы в защитном кожухе; условный номер типа — 4.
В обозначениях трубок для структурного анализа вместо напряжения указывается материал зеркала анода. Например: 0,4-БСВ6-Мо— трубка для структурного анализа мощностью 0,4 кВт с водяным охлаждением, с молибденовым зеркалом; условный номер типа — 6.



 
« Религия и психические болезни   Рентгенодиагностика заболеваний костей и суставов »