Начало >> Статьи >> Архивы >> Рентгеновские аппараты

Рентгеновские аппараты для структурного анализа - 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

Рентгеноструктурный анализ за последние 10—15 лет получил большое развитие благодаря использованию электрической регистрации дифракционной картины с помощью счетчиков частиц. Как уже указывалось (§ 1-6), аппараты, предназначаемые для такой регистрации, называются дифрактометрами. Устройства для регистрации интенсивности рентгеновского излучения являются в дифрактометрах доминирующей частью и дальнейшее развитие дифрактометров происходит в первую очередь в направлении совершенствования именно этих устройств. В рамках этой книги не представляется возможным систематически изложить принципы действия этих устройств. Мы. ограничимся лишь самыми общими представлениями о них, основное же внимание уделим рентгеновским излучателям и питающим устройствам.
Рентгеновские трубки для структурного анализа, как правило, предназначаются для работы с заземлением анода, что позволяет для охлаждения использовать водопровод. Излучение выходит из трубки через тонкие оконца из вакуумно-непроницаемого бериллия; число выходных окон у трубок различных типов колеблется в пределах от 2 до 4. Напомним, что зеркала анодов трубок для структурного анализа изготовляются из различных металлов. Предельно допускаемая (длительная) мощность трубки помимо размеров фокуса зависит также от материала зеркала. Наибольшие нагрузки допускают зеркала из вольфрама, молибдена, меди и серебра. Некоторые типы отечественных трубок описаны в [Л. 298]. Переходя к описанию аппаратов, остановимся вначале на аппаратах, предназначенных для фотографической регистрации. Отечественный аппарат УРС-55а настольного типа (рис. 6-19) Рассчитан на предельные режимы 55 кВ, 30 мА и 40 кВ, 40 мА. Источником излучения является рентгеновская трубка типа БСВ-2, работающая с заземлением анода. В аппарате используется однополупериодная безвентильная схема. Главный трансформатор и трансформатор накала помещены в бак, наполненный трансформаторным маслом. Рентгеновская трубка располагается вертикально в Фарфоровом гнезде. крепящемся на верхней крышке бака, и окружена защитным кожухом.
Нижний (катодный) конец трубки опирается на высоковольтный вывод, соединенный cо вторичной обмоткой главного трансформатора. Аппарат имеет интенсивное водяное охлаждение: вода из водопровода поступает в анод рентгеновской трубки, а затем— в охлаждающую систему бака; имеется блокировка, автоматически отключающая высокое напряжение при пониженном давлении и прекращении подачи воды.

Рис. 6-19. Аппарат для структурного анализа УРС-55а настольного типа.
Управление сосредоточено на небольшом пульте. Аппарат имеет ступенчатую автотрансформаторную регулировку напряжения и плавную регулировку тока. Для стабилизации накала трубки имеется феррорезонансный стабилизатор. Аппарат имеет так называемые «электрические часы выдержки», работающие при включенном высоком напряжении; интервал действия часов — от 20 мин до 60 ч.
Две камеры, в которых размещаются исследуемые образцы и рентгеновская пленка, устанавливаются с противоположных сторон анодной головки трубки, выступающей из защитного кожуха, на съемных подставках, укрепляемых на защитном кожухе. При желании камеры могут располагаться прямо на столе; в этом случае трубке должно быть придано горизонтальное положение, для чего бак кладется на боковую стенку.
В отечественном настольном аппарате МАРС-1 использована микрофокусная рентгеновская трубка типа БСВ-5 на напряжение 45 кВ и ток 0,45 мА, работающая с заземлением не анода, а катода; трубка имеет круглый фокус диаметром 0,04 мм. Схема электродов трубки представлена на рис. 6-20,а. Источником электронов служит верхняя часть катодной петельки. Фокусирующее устройство, окружающее петельку, присоединяется к ней через регулируемый резистор, по которому проходит анодный ток, создающий на фокусирующем устройстве отрицательное смещение.

Рис. 6-20. Схема электродов в микрофокусных рентгеновских трубках для структурного анализа.
а — в трубке типа БСВ-5; б — в трубке типа БСВ-7.
Форма фокусирующего устройства и смещение приводят к образованию на аноде круглого микрофокуса, приближающегося к точечному. Трубка имеет радиаторное охлаждение анода.
В аппарате используется схема удваивания со сглаженным напряжением. В качестве высоковольтных вентилей используются селеновые выпрямители. Высоковольтный генератор, размещенный в баке с трансформаторным маслом, находится в пульте управления, рентгеновская трубка расположена в отдельном защитном кожухе и соединяется с высоковольтным генератором высоковольтным кабелем, образуя автономный излучатель, который укрепляется вертикально на специальной стойке. Две камеры устанавливаются на подставках, предусмотренных на защитном кожухе.
Аппарат присоединяется к сети через стабилизатор с дросселем насыщения. В аппарате имеются ступенчатая автотрансформаторная регулировка напряжения и плавная регулировка тока; имеется защита трубки от перегрузки, осуществляемая с помощью токового реле.
Дальнейшим развитием является аппарат МАРС-2, в котором используется рентгеновская трубка типа БСВ-7 на напряжение 45 кВ и ток 2,5 мА, работающая с заземленным анодом. Трубка имеет линейный фокус, видимые размеры которого под углом 3° составляют 0,1 X0,1 мм. Схема электродов трубки представлена на рис. 6-20,б.

На рис. 6-21 изображен стационарный отечественный аппарат УРС-60 на напряжение 60 кВ и ток до 20 мА. Аппарат может работать с рентгеновскими трубками типов БСВ-2, БСВ-4 и БСВ-6, причем предусматривается одновременная работа двух трубок. Все указанные трубки работают с заземлением анода.

Рис. 6-21. Аппарат для структурного анализа УРС-60.
Для охлаждения анода используется водопровод. В аппарате имеется блокировка, автоматически отключающая высокое напряжение при пониженном давлении и прекращении подачи воды.
Рентгеновские трубки располагаются в защитных кожухах, соединяемых посредством высоковольтных кабелей с высоковольтным генератором. На рис. 6-21 один кожух показан укрепленным в середине оперативного стола (внутри которого размещен высоковольтный генератор), а другой кожух — на боковой стойке. Камеры, предназначаемые для трубки в первом кожухе, устанавливаются на специальных подставках вокруг анодной головки трубки, выступающей из кожуха. При желании оба кожуха могут быть укреплены на боковых стойках; камеры в этом случае устанавливаются на отдельном столике. Аппарат приспособлен также для работы с трубками, требующими заземления катода, однако кожухи для таких трубок не предусмотрены.
В аппарате используется схема удваивания со сглаженным напряжением. В качестве высоковольтных вентилей используются кенотроны типа КРМ-80.

Рис. 6-22. Высоковольтная схема аппарата УРС-60.
а —при заземлении анода трубки; б —- при заземлении катода трубки.
Рис. 6-22 поясняет переход от заземления анода к заземлению катода. Держатели, служащие для крепления кенотронов в высоковольтном генераторе, позволяют изменять положение кенотронов па 180° при таком переходе. В итоге для осуществления перехода добавления лишь два трансформатора накала, из которых один не требует высоковольтной изоляции, поскольку соединен с заземленным выводом.
В аппарате применены ступенчатая регулировка напряжения и плавная регулировка тока трубки. Напряжение на трубке контролируется магнитоэлектрическим прибором, проградуированным в киловольтах и включенным в цепь высоковольтного делителя, который присоединен параллельно трубке. Присоединение к сети осуществляется через феррорезонансный стабилизатор мощностью 2 кВ-А, предназначаемый для автоматической коррекции сети. Имеется также электронный стабилизатор анодного тока, подобный описанному в § 3-11; его можно использовать для одной трубки при заземлении анода.
Принципы рентгеновской дифрактометрии рассматриваются в [Л. 299]. Первые отечественные дифрактометры описаны в [Л. 300].

Отечественный дифрактометр общего назначения ДРОН-1 (рис. 6-23) предназначается для следующих рентгеноструктурных исследований: а) общий структурный анализ (фазовый анализ, исследование напряжений и т. п.), б) исследование преимущественных ориентировок (текстур), в) исследование монокристаллов.

Рис. 6-23. Рентгеновский дифрактометр общего назначения ДРОН-i.
1 — оперативный стол; 2 — рентгеновский излучатель (рентгеновская трубка в защитном кожухе); 3 — гониометрическое устройство; 4 — сцинтилляционный счетчик частиц; 5 — счетно-регистрирующее устройство.
Аппарат рассчитан на предельные режимы 50 кВ, 30 мА и 25 кВ, 60 мА. В качестве источника излучения используются рентгеновские трубки типов БСВ-8 и БСВ-9, работающие с заземлением анода; для охлаждения используется водопровод, имеются соответствующие блокировки.
Питающее устройство аппарата ДРОН-1 сходно с питающим устройством аппарата УРС-60. Здесь также используется схема удваивания со сглаженным напряжением, только в качестве высоковольтных вентилей вместо кенотронов применены селеновые выпрямители. В аппарате предусмотрено постоянное заземление положительного полюса.

Пульсации напряжения при режиме 50 кВ, 30 мА не превышают 4%.
В аппарате имеется стабилизатор с дросселем насыщения (типа 3-СНД-1М), исполняющий роль автоматического корректора сети и электронный стабилизатор анодного тока трубки, подобный описанному в § 3-11, Регулировка напряжения — ступенчатая, автотрансформаторная, регулировка анодного тока — ступенчатая с плавной подрегулировкой в пределах ступеней.

Рис. 6-24. Блок-схема дифрактометра ДРОН-1.

Напряжение на трубке контролируется тем же способом, что и в аппаратуре УРС-60.
Опишем в общих чертах систему электрической регистрации в аппарате ДРОН-1, дающую зависимость интенсивности дифрагированного исследуемым образцом рентгеновского излучения от угла дифракции. Пучок рентгеновских лучей, выходящий из окна рентгеновской трубки, попадает через входное щелевое устройство гониометра на исследуемый образец, укрепленный в центре гониометра (рис. 6-24). Лучи, отражаемые от образца, попадают на сцинтилляционный счетчик частиц, причем интенсивность этих лучей зависит от угла отражения (угла дифракции) К Гониометр служит для вращения образца и счетчика и для точного измерения углов их поворота. Отсчет углов дифракции (относительно направления первичного пучка) производится с точностью до 0,005°. В гониометре осуществлены раздельное и совместное (с отношением 2:1) вращения счетчика и образца, которые могут производиться вручную или электродвигателем с одной из 10 скоростей от 1/32 до 16° в минуту.
Импульсы со счетчика частиц подаются па широкополосный усилитель счетно-регистрирующего устройства и далее в дифференциальный дискриминатор, настроенный на пропускание импульсов с амплитудами, соответствующими регистрируемому участку рентгеновского спектра. При непрерывном движении счетчика скорость поступления импульсов регистрируется с помощью измерителя скорости счета и самописца. При этом вращение образца и счетчика синхронизируется с движением бумаги в приборе. Для корректировки неравномерности движения ленты самописца служит отметчик углов поворота счетчика. Сигнал отметки поступает па измеритель скорости счета от блока сканирования и цифропечати, находящегося внутри оперативного стола.
При шаговом перемещении счетчика число импульсов или время их накопления регистрируется пересчетным и цифропечатающим устройствами. При этом с выхода пересчетного устройства снимается 1 импульс на 10 или 100 импульсов на его входе; такое уменьшение необходимо для четкой работы цифропечатающего устройства, обладающего заметной инерцией. Запись и ступенчатое перемещение счетчика обеспечиваются блоком сканирования и цифропечати и осуществляются через интервалы 1; 0,1 и 0,01°. Более подробно работа регистрирующих устройств дифрактометра ДРОН-1 рассматривается в [Л. 301].
Для рентгеноструктурных исследований образцов при высокой температуре.— до +1 500°С в вакууме и до + 1 200°С в атмосфере инертного газа и в воздухе — к дифрактометру ДРОН-1 должно быть добавлено специальное устройство УРВТ-1 500, а для исследований при низких температурах — до минус 190 °С — специальное устройство КРН-190.
* Здесь оставлены без внимания устройства для диафрагмирования и монохроматизации излучения.
В обоих устройствах предусматривается автоматическое регулирование температуры и ее регистрация.
Для ряда специальных исследовании (в основном неметаллических образцов) необходимо производить измерение интенсивности излучения при очень малых углах дифракции. Для этих целей служит дифрактометр КРМ-1, позволяющий производить исследования в широком интервале температур от минус 125 до плюс 500 °С. Аппарат имеет все устройства, необходимые для электрической регистрации дифракционной картины, включая специальный малоугловой гониометр. В аппарате используется рентгеновская трубка типа БСВ-11; для ее питания следует использовать питающее устройство аппарата УРС-60 или ДРОП-1. Дальнейшим развитием является автоматический малоугловой дифрактометр АМУР-1 [Л. 302].
Японская фирма Ригаку Дэнки выпускает рентгеновские дифрактометры со специальными рентгеновскими трубками с 'вращающимся анодом, работающими под откачкой и имеющими проточное водяное охлаждение. Такие трубки при фокусе (0,1—0,3)Х(1—3) мм допускают длительную работу при режиме 50 кВ, 15—40 мА, а при фокусе 1x10 мм — 50 кВ, 100 мА.
Упомянем коротко о некоторых дифрактометрах специального назначения. Отечественный дифрактометр ДРК-2 [Л. 303] предназначен для производственного контроля углов среза кварцевых пластин, применяемых в качестве резонаторов для стабилизации частоты в современных радиотехнических устройствах. В дифрактометре используется рентгеновская трубка типа БСВ-8, работающая при напряжениях до 35 кВ.
Фирма Ригаку Дэнки выпускает упрощенный передвижной дифрактометр «Стрейнфлекс», позволяющий контролировать остаточные напряжения в металлических конструкциях и изделиях без их разрушения.
Отечественный дифрактометр ДРД-4 предназначен для рентгеноструктурных исследований радиоактивных образцов и позволяет регистрировать дифракционные максимумы при наличии излучений исследуемого образца. Дифрактометр имеет дистанционное управление. Источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка типа БСВ-11 с медным зеркалом анода, работающая при напряжениях до 50 кВ. Такой дифрактометр более раннего выпуска описан в [Л. 304].

В последние годы большое развитие получают Дифрактометры, специально предназначаемые для широкого круга рентгеноструктурных исследований монокристаллических образцов. Эти дифрактометры автоматизированы в очень высокой степени. Описание таких дифрактометров дается в [Л. 305, 306].



 
« Религия и психические болезни   Рентгенодиагностика заболеваний костей и суставов »