Начало >> Статьи >> Архивы >> Рентгеновские аппараты

Введение - 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

Рентгеновские лучи относятся к той форме материи, которую называют светом. Их отличие от видимых световых лучей заключается в том, что они имеют значительно меньшие длины воли, — другими словами, энергия фотонов рентгеновского излучения в десятки и сотни тысяч раз больше энергии фотонов видимого света.
Длины волн рентгеновских лучей, применяемых для практических целей, лежат в пределах 2·10-8—0,6Х Х10-10см*. Таким образом, рентгеновские лучи в шкале излучений следуют за ультрафиолетовыми лучами и заходят в область гамма-лучей радиоактивных веществ. Основной особенностью рентгеновских лучей, как и гамма-лучей, является большая проникающая способность: они могут проходить через вещества, совершенно непрозрачные для видимого света. Эта особенность послужила причиной широкого применения рентгеновских лучей в медицине и технике.

* Имеется в виду излучение, генерируемое рентгеновскими трубками при напряжении до 2 000 кВ.

Рентгеновские лучи были открыты немецким физиком В. К. Рентгеном в конце 1895 г. Рентген назвал открытые им лучи икс-лучами, подчеркивая тем самым их необычность и загадочность. Основные свойства новых лучей были описаны самим Рентгеном, однако природа их оставалась неизвестной вплоть до 1912 г., когда М. Лауэ, обнаружив дифракцию рентгеновских лучей в кристаллах, показал, что они относятся к световым явлениям.
Первой областью, в которой рентгеновские лучи нашли широкое практическое применение, явилась медицинская рентгенодиагностика. Первые снимки частей человеческого тела были сделаны самим Рентгеном.
В России уже в первые месяцы после открытия новых лучей отдельные ученые и врачи наряду с исследованием свойств этих лучей стали применять их для диагностических целей. Так, например, изобретатель радио А. С. Попов, один из первых создал аппаратуру для получения рентгеновских лучей, которая по его инициативе использовалась в Кронштадтском военно-морском госпитале. Профессор Петербургской военно-медицинской академии Н. Г. Егоров организовал уже во второй половине 1896 г. регулярный прием пациентов для производства рентгенодиагностических снимков. Вслед за рентгенодиагностикой стала развиваться рентгенотерапия — лечение посредством рентгеновских лучей некоторых болезней.
Открытие дифракции рентгеновских лучей в кристаллах привело к использованию рентгеновских лучей для изучения микроструктуры кристаллических веществ. Основы этой области применения рентгеновских лучей, получившей название рентгеноструктурного анализа, были заложены в 1913 г. профессором Московского университета Г. В. Вульфом и одновременно английскими учеными Брэггами путем вывода простого уравнения, описывающего дифракцию рентгеновских лучей в кристаллах. Вслед за рентгеноструктурным анализом стал развиваться рентгеноспектральный анализ — определение при помощи рентгеновских лучей химического состава сложных веществ.
Важной областью применения рентгеновских лучей явилась рентгенодефектоскопия, т. е. обнаружение дефектов в изделиях просвечиванием этих изделий рентгеновскими лучами. В отличие от рентгеноструктурного анализа, который имеет дело с микроструктурой вещества, в рентгенодефектоскопии исследуют макроструктуру изделий.
В итоге широкого использования рентгеновских лучей для медицинских и технических целей возникло множество рентгеновских кабинетов и лабораторий, потребовавших разнообразной специальной аппаратуры, которая получила общее название рентгеновской. Рентгеновскую аппаратуру можно подразделить на: 1) собственно рентгеновские аппараты и 2) вспомогательное рентгеновское оборудование.
Рентгеновским аппаратом называется совокупность технических средств, предназначаемых для получения и использования рентгеновских лучей. Основные составляющие рентгеновского аппарата:
а)  рентгеновский излучатель, состоящий из источника рентгеновских лучей — рентгеновской трубки, являющейся высоковольтным электровакуумным прибором, и защитного кожуха, в который встроена рентгеновская трубка;
б)  рентгеновское питающее устройство, служащие для питания рентгеновской трубки электрической энергией; в состав рентгеновского питающего устройства входят высоковольтный генератор и пульт управления;
в) устройства для применения рентгеновских лучей, служащие для приведения в рабочее положение (или движение) излучателя, объекта исследования (или объекта облучения) и приемника излучения;
г)   дополнительные устройства и принадлежности.

Под вспомогательным понимается такое рентгеновское оборудование, которое входит в состав непосредственно рентгеновского кабинета или лаборатории, например устройства для рассматривания рентгеновских снимков. В ряде случаев трудно провести границу между вспомогательным оборудованием и дополнительными устройствами и принадлежностями рентгеновского аппарата.
Рентгеновская трубка представляет собой высоковольтный электровакуумный прибор с двумя электродами: катодом и анодом. Рентгеновские лучи возникают в результате резкого торможения быстродвижущихся электронов об анод рентгеновской трубки. Электроны разгоняются сильным электрическим полем, которое создается высоким напряжением, приложенным между электродами. Напряжение имеет обычно величину порядка десятков и сотен киловольт: чем оно выше, тем больше проникающая способность рентгеновских лучей.
По способу получения свободных электронов различают два основных класса рентгеновских трубок: ионные трубки и электронные трубки. В ионных трубках свободные электроны получаются в результате ионизации разреженного газа между электродами трубки при давлении порядка 1—0,1 Па (10-2—10-3 мм рт. ст.). В электронных трубках для получения свободных электронов используется явление термоэлектронной эмиссии в высоком вакууме при давлении порядка 10-4—10-5 Па (10-6—10-7 мм рт. ст.). Катод электронной рентгеновской трубки имеет вольфрамовую нить, которая накаливается электрическим током и служит источником свободных электронов. В Современных рентгеновских аппаратах применяются исключительно электронные трубки, как правило, запаянные. В некоторых случаях используются разборные трубки, работающие с вакуумным насосом.
В импульсных рентгеновских трубках наряду с термоэлектронной эмиссией используется явление электростатической (автоэлектронной) эмиссии — вырывание электронов из катода внешним электрическим полем. Для устойчивой работы некоторых типов таких трубок требуется, чтобы давление в трубке было снижено до 10-8—10-10 Па (10-10—10-12 мм рт. ст.).
Защитный кожух, в который встраивается рентгеновская трубка, осуществляет защиту от высокого напряжения обслуживающего персонала, а в аппаратах медицинского назначения — и пациентов. Одновременно защитный кожух ограничивает пучок исходящих рентгеновских лучей, уменьшая нежелательные излучения в окружающую среду, как прямое, так и рассеянное.
Источником (генератором) высокого напряжения для рентгеновской трубки является, как правило, высоковольтный трансформатор. В очень редких случаях используются электростатические генераторы. Первичная обмотка высоковольтного трансформатора обычно получает питание от электрической сети или иного источника переменного тока с напряжением 220—380 В и частотой 50 Гц. Вторичная обмотка в простейшем случае соединяется прямо с рентгеновской трубкой, которая работает при этом на переменном напряжении. Трубка сама является выпрямителем, запирая ток в тот полупериод, когда анод отрицателен относительно катода. В большинстве случаев высокое напряжение предварительно выпрямляется при помощи электрических вентилей — высоковольтных кенотронов, селеновых выпрямителей. При этом используются как однофазные, так и трехфазные выпрямительные схемы. Иногда имеются также высоковольтные конденсаторы, служащие для повышения напряжения трансформатора (обычно — для удваивания напряжения), а также для сглаживания напряжения на трубке.

В импульсных рентгеновских аппаратах конденсаторы используются для того, чтобы запасать электрическую энергию из сети (или иного источника электрической энергии) в течение длительного времени при малой мощности, а отдавать рентгеновской трубке в течение малого времени при большой мощности.
Все элементы высоковольтного генератора обычно размещаются в общем кожухе (баке), заполняемом трансформаторным маслом. Высокое напряжение выводится из бака через специальные гнезда. В эти гнезда вставляются наконечники гибких высоковольтных кабелей, посредством которых присоединяется рентгеновская трубка, встроенная в защитный кожух. В некоторых аппаратах рентгеновская трубка располагается в общем кожухе с высоковольтным генератором. Такое устройство называется моноблоком.
Из сказанного следует, что современные рентгеновские аппараты могут быть названы электрически безопасными, поскольку в них все части, находящиеся под высоким напряжением, окружены оболочками, защищающими от случайного прикосновения к этим частям.
Пульт управления часто выполняется передвижным. На пульте управления сосредоточиваются органы управления, осуществляющие включение и отключение высокого напряжения, регулировку напряжения на трубке, регулировку тока трубки, а также контрольные измерительные приборы.
Наибольшее рабочее (поминальное) напряжение рентгеновского аппарата зависит от его назначения и имеет обычно величину порядка десятков и сотен киловольт.
Предельное напряжение, используемое в рентгеноаппаратостроении, 2 000 кВ. Длительная мощность рентгеновского аппарата не превышает 5—10 кВ-А. Таким образом, малая мощность при весьма высоком напряжении является отличительным признаком рентгеновских аппаратов. Благодаря малой мощности потребление электрической энергии также сравнительно мало и стоимость этой энергии невелика по сравнению с прочими эксплуатационными расходами и стоимостью самой аппаратуры. Поэтому величина к. п. д. в рентгеновских аппаратах играет второстепенную роль и ею интересуются в первую очередь с точки зрения влияния потерь энергии в аппарате на его нагрев.

Запас электрической прочности высоковольтных устройств рентгеновских аппаратов имеет величину порядка 40—50%, т. е. значительно меньше, чем у силовой высоковольтной аппаратуры на такое же напряжение, где он достигает 100% и более. Это объясняется тем, что в силовых высоковольтных устройствах необходимо считаться с перенапряжениями, приходящими извне, в частности с атмосферными перенапряжениями, достигающими значительных величин; в рентгеновских же аппаратах имеют дело лишь с перенапряжениями, возникающими в самом аппарате. Ввиду сравнительно малой мощности рентгеновского аппарата не составляет большого труда ограничить эти перенапряжения или подавить их совершенно. Пониженный запас электрической прочности позволяет придать рентгеновской аппаратуре большую компактность и снижает ее массу, уменьшается и площадь, занимаемая аппаратурой в эксплуатационных условиях. Достаточность применяемого на практике запаса электрической прочности подтверждается всем опытом эксплуатации рентгеновских аппаратов.
Устройствами для применения рентгеновских лучей в первую очередь являются рентгеновские штативы, служащие для поддержания и перемещения рентгеновского излучателя. В рентгеновских аппаратах медицинского назначения устройства для применения рентгеновских лучей весьма разнообразны и в ряде случаев сложны.
В рентгенодиагностических и рентгенотерапевтических штативах, столах и столах-штативах для перемещения рентгеновского излучателя и других частей широко применяется электро- и гидропривод. Различие между рентгеновскими аппаратами в зависимости от их назначения в первую очередь определяется различием в устройствах для применения лучей.
Отечественная рентгеновская промышленность начала создаваться во второй половине 20-х гг. и получила большое развитие в первую и вторую пятилетки. Пионерами в области разработки и производства были: по рентгеновским аппаратам — В. А. Витка и А. И. Тхоржевский, по рентгеновским трубкам — Ф. Н. Хараджа. Война заставила резко сократить выпуск рентгеновской аппаратуры. Однако уже первое послевоенное пятилетие явилось периодом быстрого восстановления и дальнейшего развития рентгеновской промышленности.

В конце 40-х гг. появились искусственные радиоизотопные источники и 50-е гг. прошли под знаком соревнования между рентгеновскими и гамма-лучами. В итоге за первыми остались полностью медицинская диагностика* и структурный анализ и они сохранили преимущественную роль в дефектоскопии и спектральном анализе. К гамма-лучам отошла ведущая роль в терапии и в новой области — облучении в технологических целях. Такое разделение определялось достоинствами рентгеновских или гамма-лучей для той или иной области.

* Имеются в виду рентгенодиагностические просвечивания и снимки. В 60-х гг. начала развиваться радиоизотопная диагностика, в основе которой лежит метод «меченых атомов»; она не заменяет, а дополняет рентгенодиагностику.

Рентгеновские аппараты медицинского назначения выпускаются заводами «Мосрентген», «Севкаврентген» и «Актюбрентген»: Производство рентгенодефектоскопических аппаратов в основном сосредоточено на заводе «Актюбрентген». Ленинградский Опытный завод СКБРА «Буревестник» осуществляет выпуск аппаратуры для рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов и частично для рентгенодефектоскопии. Рентгеновские трубки изготовляются ленинградским объединением «Светлана». Киевское производственное объединение медицинской техники выпускает некоторые рентгенодиагностические устройства и принадлежности, в частности рентгеновские отсеивающие решетки.



 
« Религия и психические болезни   Рентгенодиагностика заболеваний костей и суставов »