Начало >> Статьи >> Архивы >> Рентгеновские аппараты

Электрические характеристики рентгеновских трубок - 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

На рис. 2-17 представлены теоретические анодные характеристики двухэлектродного электронного прибора, дающие зависимость анодного тока от анодного напряжения при различных неизменных токах накала, т. е. при неизменных температурах нити катода. Неизменность температуры нити катода означает, что и количество электронов, выходящих в единицу времени из катода, остается неизменным.
На участке ОА характеристики напряжение еще не столь велико, чтобы все электроны, выходящие из катода, переносить на анод. Поэтому увеличение анодного напряжения на этом участке вызывает увеличение количества электронов, в единицу времени достигающих анода, т. e. увеличивает анодный ток. В точке А напряжение достигает такой величины, при которой все электроны, выходящие из катода, попадают на анод. Поэтому при дальнейшем увеличении анодного напряжения анодный ток остается неизменным (участок АВ). При этом прибор работает, как говорят, на насыщении.

Рис. 2-17. Теоретические анодные характеристики электронного прибора.
Us — напряжение насыщения; Is — ток насыщения.
Напряжение, при котором достигается насыщение, называется напряжением насыщения (Us)\ ток, проходящий через прибор, работающий на насыщении, называется током насыщения. При увеличении тока накала напряжение насыщения и ток насыщения, естественно, возрастают.
Анодные характеристики, изображенные на рис. 2-17, найдены теоретически для прибора с электродами, представляющими -собой две параллельные пластины, причем предполагается, что расстояние между электродами d мало по сравнению с линейными размерами пластин. На участке ОА кривые подчиняются так называемому закону трех вторых:
(2-2)
где j — плотность анодного тока, А/cм2 поверхности катода; Ua — анодное напряжение, В; d—расстояние между электродами, см.
На этом участке анодный ток зависит только от анодного напряжения. При насыщении анодный ток зависит только от тока накала, т. е. температуры нити катода, и подчиняется закону термоэлектронной эмиссии
(2-3)
где j — плотность тока насыщения, А/см2 поверхности катода; Т — абсолютная температура, К; А — универсальная постоянная, равная для чистых металлов 60,2 А/с.м2; b — постоянная, равная для вольфрама 52 560 1/К.
Реальные анодные характеристики рентгеновских трубок сильно отличаются от теоретических характеристик, изображенных на рис. 2-17, и зависят от конструкции трубки. Типичные характеристики представлены на рис. 2-18. Здесь нет резкого разграничения характеристики на два режима. На участках ОА анодный ток зависит не только от анодного напряжения, но и от тока накала и закону трех вторых не подчиняется. На участках АВ полного насыщения также не наблюдается и анодный ток, хотя и в незначительной степени, но зависит от напряжения.
Основными причинами, столь сильно изменяющими анодную характеристику по сравнению с теоретической, по-видимому, являются: 1) сильная неравномерность
электрического поля у катода и 2) воздействие на поток электронов отрицательного поверхностного заряда на оболочке трубки.
Неравномерность электрического поля у катода, в частности у нити накала, обусловливается наличием фокусирующего устройства. Вследствие этого насыщение на разных участках нити достигается при различных анодных напряжениях. Большая напряженность поля па

Рис. 2-18. Реальные анодные характеристики рентгеновской трубки.
участках с насыщением, возможно, вызывает также ограниченную электростатическую эмиссию.
Отрицательный поверхностный заряд, образующийся на оболочке трубки в результате попадания на нее электронов, отраженных от анода, действуя как неявно выраженный третий электрод — отрицательно заряженная сетка, препятствует движению электронов от катода к аноду, уменьшает тем самым анодный ток и повышает напряжение насыщения.
Из рис. 2-18 видно, что анодная характеристика сильно зависит от тока накала рентгеновской трубки. При малых токах накала зависимость анодного тока от анодного напряжения в ряде случаев бывает столь незначительной, что вполне допустимо считать трубку работающей на полном насыщении. Для многих конструкций рентгеновских трубок напряжение насыщения при малых токах накала равно нескольким киловольтам. Это напряжение обычно столь невелико по сравнению с рабочим напряжением рентгеновской трубки, что им можно пренебречь и считать напряжение насыщения равным нулю. Анодная характеристика в этом случае представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс при любых значениях анодного напряжения, отличных от нуля. Такой режим в дальнейшем будем называть «идеальным насыщением».

Рис. 2-19. Предельные характеристики двухэлектродной рентгеновской  трубки.
а — идеальное насыщение; б — пропорциональная зависимость тока от напряжения.
Чем больше анодный ток, т. е. чем больше ток накала, тем сильнее зависимость анодного тока от анодного напряжения. Принято считать, что характеристики рентгеновских трубок ограничиваются двумя предельными случаями: идеальным насыщением и прямой пропорциональной зависимостью тока от напряжения (рис. 2-19). Это положение не охватывает всего многообразия возможных характеристик. Так, при сильном действии третьего электрода в явном или неявном (заряды на стекле) виде характеристика могла бы иметь вид, подобный изображенному пунктиром [Л. 86]. Укажем еще, что и теоретическая характеристика двухэлектродного электронного прибора (рис. 2-17) также не укладывается в эти пределы. Все же характеристики рис. 2-19 обычно считаются предельными для двухэлектродных трубок.

Когда анодный ток рентгеновской трубки изменяется пропорционально анодному напряжению, сопротивление трубки остается неизменным (трубка -подчиняется закону Ома). Если ток возрастает медленнее напряжения, это означает, что сопротивление трубки с увеличением напряжения повышается; чем ближе трубка к насыщению, тем сопротивление трубки сильнее зависит от напряжения.
Для оценки зависимости анодного тока трубки от анодного напряжения иногда пользуются термином «проницаемость» трубки [Л. 87]. Если ток слабо зависит

от напряжения, то говорят о высокой проницаемости, если сильно, — то о низкой; средняя проницаемость соответствует промежуточному-случаю, когда нет насыщения и в то же время зависимость тока от напряжения заметно слабее пропорциональной *.

* Проницаемость рентгеновской трубки не следует смешивать с проницаемостью электронной лампы с управляющей сеткой.    Проницаемость характеризует здесь степень влияния сетки на анодный ток. В большинстве случаев можно считать, что при рабочих режимах лампы ее проницаемость остается неизменной. Проницаемость рентгеновской трубки, наоборот, заметно изменяется в зависимости от соотношения анодного напряжения и анодного тока.

Как уже указывалось, анодное напряжение рентгеновской трубки может быть как постоянным, так и пульсирующим или переменным. При постоянном анодном напряжении трубка работает на определенной точке анодной характеристики. При пульсирующем или переменном анодном напряжении рабочая точка перемещается по характеристике, следуя за изменениями анодного напряжения. Мгновенное значение анодного тока определяется при этом мгновенным значением анодного напряжения. Зная форму кривой анодного напряжения и анодную характеристику трубки, можно определить мгновенное значение анодного тока для любого момента времени и найти, таким образом, форму кривой анодного тока. На рис. 2-20 в качестве примера показано построение кривой анодного тока при синусоидально меняющемся анодном напряжении.
Строго говоря, следует различать статическую анодную характеристику рентгеновской трубки, соответствующую постоянному анодному напряжению, и динамическую анодную характеристику, получающуюся при непрерывно изменяющемся анодном напряжении [Л. 88]. Динамическая характеристика может отличаться от статической в результате, например, влияния на анодный ток поверхностного заряда на оболочке трубки; поверхностный заряд, обладая весьма заметной инерцией, не успевает за быстрыми изменениями анодного напряжения. Динамическая характеристика зависит от формы кривой анодного напряжения. Она имеет две ветви: восходящую и нисходящую.   Динамическая характеристика для большинства типов рентгеновских трубок, видимо, мало отличается от статической. Поэтому в дальнейшем везде предполагается, что динамическая характеристика совпадает со статической.
Как уже указывалось (§ 1-1), в рентгенотехнике принято измерять (максимальное (за период) значение анодного напряжения Uа.макс и среднее (за период) значение анодного тока Iа.ср.

Рис. 2-20. Построение кривой анодного тока по кривой анодного напряжения и анодной характеристике.
Среднее значение анодного тока зависит в общем случае от максимального значения анодного напряжения и тока накала. Кривые, представляющие собой зависимость Iа.ср = f(Ua.макс) при неизменном токе накала Iп, похожи на анодные характеристики. Следует указать, что эти кривые зависят от формы кривой анодного напряжения. Типичные кривые представлены на рис. 2-21,а.
Анодный ток рентгеновской трубки чрезвычайно чувствителен к изменению тока накала. Небольшое изменение тока накала вызывает значительное изменение анодного тока. На рис. 2-21,6 изображены кривые Ia.ср=f(Iп) при неизменном Ua.макс. Эти кривые являются достаточно типичными для большинства конструкций рентгеновских трубок. Они также зависят от формы кривой анодного напряжения.
При практической работе анодный ток рентгеновской трубки обычно ограничивается предельно допустимой мощностью, которую может воспринимать анод. Поэтому с понижением рабочего напряжения предельно допустимый анодный ток «возрастает:


Рис. 2-22. Типичная зависимость предельно допустимого анодного тока от анодного напряжения.

Рис. 2-21. Типичные характеристики рентгеновской трубки при синусоидальном анодном напряжении.
Увеличение анодного тока достигается повышением тока накала. Это повышение допустимо лишь до тех пор, пока ток накала не достигает предельно допустимого значения. При дальнейшем увеличении анодного напряжения ток накала должен оставаться неизменным, что приводит теперь к уменьшению допустимого анодного тока. Сказанное иллюстрирует рис. 2-22, на котором представлена типичная зависимость предельно допустимого анодного тока от анодного напряжения.
Остановимся на вопросе об устойчивости работы рентгеновской трубки в зависимости от формы кривой анодного напряжения. Здесь следует различать: а) пульсирующее напряжение с большой величиной пульсаций,

б)  переменное напряжение и в) практически постоянное напряжение.
Как показывает опыт, рентгеновские трубки наиболее устойчиво и спокойно работают па пульсирующем напряжении. Условия работы трубки па переменном напряжении утяжеляются тем, что в трубке действует электрическое поле с переменными знаками, причем трубка должна сама запирать ток в холостой (обратный) полупериод. Для некоторых типов рентгеновских трубок работа па переменном напряжении не допускается. Для тех типов, для которых работа на переменном напряжении разрешается, значения предельно допустимых напряжения и мощности снижаются на 10—15% по сравнению с работой на пульсирующем напряжении.
Условия работы трубки па постоянном напряжении утяжеляются из-за того, что трубка непрерывно находится под напряжением, в то время как при пульсирующем напряжении она периодически «отдыхает» при прохождении напряжения через минимум. Особенно тяжелы условия работы трубки, когда постоянное напряжение получается в результате сглаживания напряжения конденсаторами сравнительно большой емкости, присоединенными параллельно трубке. Малейшее газоотделение в трубке приводит к ускорению разрядки конденсатора, что в свою очередь способствует развитию в трубке газового разряда. Для облегчения работы трубки в этом случае последовательно с пей включаются многоомные успокоительные резисторы, ограничивающие ток и воспринимающие энергию конденсатора при газоотделении.
Совершенствование технологии изготовления рентгеновских трубок и повышение качества вакуумных материалов привели к созданию трубок, устойчиво работающих на постоянном напряжении (с успокоительными сопротивлениями), и способствовали более широкому использованию выпрямительных схем с практически постоянным напряжением. Основным достоинством этих схем является более высокая отдача трубкой рентгеновских лучей.
В заключение данного параграфа скажем несколько слов об электрических испытаниях рентгеновских трубок. Испытательное напряжение трубки на заводе—изготовителе трубок обычно составляет 110% ее предельно допускаемого, т. е. полного паспортного напряжения.

В эксплуатационных условиях не следует производить повторного испытания повышенным напряжением. Вместо этого следует рекомендовать: а) (проверку трубки на вакуум и б) тренировку трубки.
Проверка трубки па вакуум производится следующим образом. Электроды испытываемой трубки присоединяются к источнику высокого напряжения, нить же катода оставляется ненакаленной. Если при включении (высокого напряжения в трубке появляется устойчивое свечение, это свидетельствует о негодности трубки; если свечения не появляется, это значит, что трубка и отсутствие накала не проводит тока и ее вакуум удовлетворителен. Анодное напряжение при подобном испытании не следует поднимать выше 30—35% номинального.
Каждую новую рентгеновскую трубку перед пуском в эксплуатацию следует, кроме того, подвергать тренировке после ее постановки в защитный кожух или моноблок. При анодном напряжении около 1/3 номинального устанавливается небольшой анодный ток (1—2 мА). В течение 5—10 мин напряжение и ток постепенно повышаются до номинальных значений длительного режима. При выделении остаточных газов (стрелка миллиамперметра начинает беспокойно подергиваться) напряжение следует понизить до прекращения этих явлений и вновь повышать до истечения 5—10 мин спокойной работы. По достижении номинального режима трубка должна еще поработать 10—15 мин.
Рентгенодиагностические трубки обычно такой тренировке не подвергаются. Перед пуском их в эксплуатацию делают ряд пробных включений, постепенно увеличивая ток и напряжение.



 
« Религия и психические болезни   Рентгенодиагностика заболеваний костей и суставов »