Начало >> Статьи >> Архивы >> Рентгеновские аппараты

Рентгеновские аппараты для спектрального 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

Рентгеноспектральный анализ получает в последние годы большое развитие благодаря применению, как и при рентгеноструктурном анализе, электрической регистрации интенсивности рентгеновского излучения, что дает возможность широко использовать флуоресцентный метод (§ 1-6).
Рентгеновские трубки для спектрального анализа, как правило, предназначаются для работы с заземлением анода, что позволяет приближать исследуемые образцы к источнику излучения. При этом используется проточное охлаждение анода от водопровода. Трубки имеют фокусы сравнительно больших размеров. Излучение выходит через тонкие оконца из вакуумно-непроницаемого бериллия. Зеркала анодов, как и у рентгеноструктурных трубок, изготовляются из различных металлов и трубки имеют в зависимости от этого различную предельно допускаемую (длительную) мощность.
Рассмотрим в качестве основного примера отечественный рентгеноспектральный аппарат ФРС-2 для флуоресцентного метода (рис. 6-21). Аппарат позволяет анализировать элементы от кобальта (Z = 27) до йода (Z = 53) по К-серии и от эрбия (Z = 68) до урана (Z = 92) по L- серии. Предельные режимы аппарата 50 кВ, 70 мА и 35 кВ, 100 мА. В аппарате используется рентгеновская трубка типа БХВ-6 с боковым выходом излучения (как у трубок для структурного анализа); размер видимого фокуса 5x36 мм. Трубка размещается в защитном кожухе, расположенном на оперативном столе и соединяется с высоковольтным генератором (находящимся внутри оперативного стола) с помощью высоковольтного кабеля.
В аппарате используется схема с шестифазным выпрямлением и сглаживающим конденсатором.  

Пульсации напряжения при режиме 50 кВ, 70 мА равны примерно 5%. Высоковольтный генератор допускает заземление как положительного, так и отрицательного вывода. При работе с трубкой БХВ-6 заземляется положительный вывод. В качестве высоковольтных вентилей используются кенотроны типа КРМ-80. Для питания накала кенотронов используется один трансформатор накала с четырьмя вторичными обмотками (одна обмотка питает накал трех кенотронов, катоды которых соединяются с положительным выводом высоковольтного генератора), изолированными от земли и друг от друга на напряжение 50 кВ.
Главная цель аппарата получает питание от трехфазной сети через три стабилизатора с дросселями насыщения (типа 2-СНД-1), включенных в звезду, вспомогательные цепи — от четвертого такого же стабилизатора, включенного в одну из фаз питающей сети; этим обеспечивается автоматическая коррекция сети для всех цепей. Для стабилизации анодного тока трубки имеется электронный стабилизатор, подобный описанному в §3-11.
Регулировка напряжения на трубке — плавная; она осуществляется посредством вариатора в первичной цепи главного трансформатора. При режиме 50 кВ, 70 мА первичные обмотки главного трансформатора соединены в треугольник, при переходе к пониженным напряжениям и повышенным токам на звезду. Благодаря этому токи вариатора при режимах 50 кВ, 70 мА и 35 кВ, 100 мА отличаются друг от друга сравнительно мало. Регулировка анодного тока трубки — ступенчатая с плавной подрегулировкой в пределах ступеней. Напряжение на трубке контролируется магнитоэлектрическим прибором, проградуированным в киловольтах и включенным в цепь высоковольтного делителя, который присоединен параллельно трубке.
Опишем в общих чертах систему электрической регистрации интенсивности излучения в аппарате ФРС-2 (рис. 6-25). Первичное излучение, генерируемое на аноде рентгеновской трубки, падая на анализируемый образец, возбуждает вторичное (флуоресцентное) излучение, спектр которого содержит спектральные линии элементов, входящих в состав образца. Флуоресцентное излучение попадает в левую часть двухканального рентгеновского спектрометра, где разлагается в спектр с помощью изогнутого кристалла-анализатора (по методу Кошуа)*. Для регистрации спектральных линий служит сцинтилляционный счетчик частиц, перемещающийся по окружности одновременно с поворотом кристалла; при этом угол перемещения счетчика в 2 раза больше угла поворота кристалла. Перемещение может осуществляться вручную или с помощью небольшого электродвигателя.

Рис. 6-25. Рентгено-спектральный аппарат ФРС-2.
1 — сетевой шкаф; 2 — оперативный стол с расположенными на нем излучателем, спектрометром и двумя счетчиками частиц; 3 — счетно-регистрирующие устройства.

Для достаточно точного определения процентного содержания какого-либо элемента в исследуемом образце сравнивают интенсивность анализируемой линии (соответствующей этому элементу) с интенсивностью уже известной спектральной линии. Это можно осуществлять, подмешивая известное вещество в строго определенной пропорции к исследуемому веществу (метод внутреннего стандарта) или применять отдельные образец и эталон, осуществляя раздельное измерение интенсивностей (метод внешнего стандарта)**.

*Как и при описании аппарата ДРОН-1, здесь оставлены без внимания устройства для диафрагмирования и монохроматизации излучения.
**Указанные методы не являются единственными в рентгено- спектральном анализе.

В последнем случае можно производить измерения на одном канале одно за другим или на двух каналах одновременно. Последний способ имеет то преимущество, что исключает влияние колебаний сетевого напряжения (и иных нестабильностей) на отношение интенсивностей, которым в первую очередь определяется точность анализа.
Хотя в аппарате ФРС-2 имеются автоматическая коррекция напряжения сети и стабилизация анодного тока трубки, колебания интенсивности излучения, обусловленные колебаниями сетевого напряжения, могут достигать ±2—3%, что в первую очередь объясняется изменением формы кривой выходного напряжения у стабилизатора с дросселем насыщения (§ 3-11). Поэтому в аппарате ФРС-2 применен двухканальный спектрометр, предназначаемый для одновременного измерения интенсивностей спектральных линий образца и эталона. Второй канал спектрометра изображен на рис. 6-25 справа. Структурная схема аппарата ФРС-2 показана на рис. 6-26.
Благодаря применению двухканального метода в состав аппарата ФРС-2 входят два счетно-регистрирующих устройства. Из рис. 6-25 видно, что они имеют много общего со счетно-регистрирующим устройством дифрактометра ДРОН-1. Счет в обоих каналах начинается одновременно при нажатии кнопки «пуск» в канале анализируемого образца и оканчивается одновременно после выбора в канале эталона заранее установленного числа импульсов. Если число этих последних при всех измерениях остается неизменным, то отношение интенсивностей двух спектральных линий пропорционально числу импульсов, сосчитанных в канале анализируемого образца. При непрерывном сканировании зависимость интенсивности от углового положения кристалла-анализатора и счетчика частиц записывается на лепте самопишущего потенциометра.
Рентгеноспектральные аппараты для флуоресцентного метода часто называют рентгеновскими спектрометрами, понимая под этим термином не только спектрометр в узком смысле слова, но весь аппарат в целом. Имеются рентгеновские спектрометры, автоматизированные в высокой степени; один из них описан в [Л. 307].
Вместе с тем распространение получают также как называемые рентгеновские квантометры, имеющие сложные спектрометрические устройства с несколькими каналами, позволяющие производить одновременно анализ
образца на несколько элементов. Первый отечественный квантометр описан в [Л. 308]. Здесь мы остановимся коротко на усовершенствованном квантометре ФРК-1Б [Л. 309]. Общий вид этого квантометра представлен па рис. 6-27.

Рис. 6-26. Блок-схема аппарата ФРС-2.

Квантометр позволяет производить анализ одновременно на 5 элементов от алюминия (2=13) до цинка (Z = 30). Источником излучения является рентгеновская трубка типа БХВ-7 (рис. 2-21). Питающее устройство рассчитано на предельное напряжение 50 кВ и предельный ток 100 мА, в нем используется схема с шестифазным выпрямлением и сглаживающим конденсатором. В качестве высоковольтных вентилей используются селеновые выпрямители. Имеется усовершенствованная

система стабилизации напряжения (рис. 3-37) и стабилизация непосредственно анодного тока трубки. Регистрация интенсивности рентгеновского излучения осуществляется с помощью цифропоказывающего устройства и цифропечатающей машины.
Рассмотренные рентгеноспектральные аппараты рассчитаны па широкие пределы содержания анализируемых элементов.

Рис. 6-27. Рентгеновский квантометр ФРК-1Б.
1 — питающее устройство; 2 — спектрометрический блок; 3 — счетно- регистрирующее устройство.
Вместе с тем имеются аппараты, называемые рентгеновскими флуоресцентными анализаторами, предназначаемые для оценки процентного содержания небольшого количества (1—4) фиксированных элементов, например меди, в технологических продуктах медеплавильного производства [Л. 310]. Другим примером является рентгеновский анализатор проб, содержащих уран [Л. 311].
Как уже указывалось (§ 1-6), в последние годы получил развитие также так называемый бескристальный метод рентгеноспектрального флуоресцентного анализа, при котором характеристическое излучение, возбуждаемое в образце, прямо анализируется счетно-регистрирующими устройствами без разложения его в спектр. Отечественный аппарат такого типа БАРС-1 [Л. 312] позволяет проводить анализ элементов от серы (Z=16) до бария (Z=56) по К-серии и от гафния (Z=72) до урана (Z=92) по L-серии. Мощность, потребляемая аппаратом из сети, не превышает 0,15 кВ-А. Аппарат состоит из пяти основных частей общей массой 150 кг и допускает эксплуатацию в кузове автомашины. Аппарат БАРС-2 [Л. 313] представляет собой упрощенный и еще более легкий тип аппарата для бескристального метода. Его питание осуществляется от аккумуляторов.

Рис. 6-28. Принцип электронного зонда в аппаратах для рентгеновского микрообъемного анализа.
Масса аппарата 35 кг. Все упоминавшиеся выше рентгено- спектральные аппараты предназначены для определения количественного содержания элементов в однородных образцах сравнительно большого размера. Современные сплавы со специальными свойствами являются, как правило, многокомпонентными и неоднородными в малых объемах, причем очень важное значение имеет определение состава в отдельных областях и на их границах. Для этой цели (а также для некоторых минералогических и других исследований) применяются так называемые рентгеновские микроанализаторы, в значительной мере схожие с электронными микроскопами. Они позволяют проводить анализ на все элементы периодической системы исключая несколько начальных.
Принцип действия рентгеновского микроанализатора поясняет рис. 6-28.

Сфокусированный магнитными линзами узкий электронный пучок (так называемый электронный зонд) диаметром 1—2 мкм под действием ускоряющего напряжения направляется па образец, представляющий собой шлиф анализируемого вещества (сплава, минерала и т. п.). Электроны зонда возбуждают рентгеновское характеристическое излучение атомов вещества в микрообъеме порядка нескольких кубических микрометров. Анализируя с помощью рентгеновского спектрометра это излучение при неподвижном образце определяют состав «в точке», перемещая образец в заданном направлении — проводят анализ «по точкам».
Ускоряющее напряжение имеет величину порядка 10— 50 кВ, ток электронного зонда 1—2 мкА. К стабильности системы ускорения предъявляются очень высокие требования (нестабильность порядка 0,01%), что заставляет применять электронную стабилизацию на высоком напряжении.

Рис. 0-29. Аппарат «Зонд» для микросхемного анализа.
В современных микроанализаторах помимо проведения количественного анализа обычно предусматривается возможность визуального наблюдения поверхности образца с помощью рентгеновского излучения, а также отраженных и вторичных электронов. Для этого используются телевизионные системы с увеличением примерно в 100 раз.
Отечественный рентгеновский микроанализатор «Зонд» изображен на рис. 6-29. Упрощенный тип анализатора описан в [Л. 314]. Рентгеновский анализ с помощью электронного зонда подробно рассматривается в [Л. 315].

Имеются рентгеноспектральные аппараты, позволяющие с помощью флуоресцентного метода контролировать толщину металлических покрытий, например слоя цинка на оцинкованной стали. Упомянем еще о рентгеновских аппаратах, называемых люминесцентными сепараторами, которые образуют еще один обособленный вид рентгеновской аппаратуры. Их назначение — сигнализировать о появлении алмазов в контролируемом потоке алмазосодержащей породы. Здесь используется свойство алмазов давать видимое свечение под воздействием рентгеновских лучей. Это свечение в свою очередь воздействует на фотоэлектронный умножитель, дающий сигнал, в результате которого часть породы, содержащая алмаз, автоматически выводится из потока. В отечественном люминесцентном сепараторе ЛС-20 в качестве источника рентгеновского излучения используется рентгеновская трубка типа БХВ-6 с медным зеркалом анода, работающая при напряжениях до 35 кВ.
В табл. 6-3 приведены сведения об основных отечественных рентгеновских аппаратах технического назначения.



 
« Религия и психические болезни   Рентгенодиагностика заболеваний костей и суставов »