Рентгенови генератори и тръби - Студиопедия
Генераторът на рентгенови лъчи се състои от емитер и устройство за подаване на рентгенови лъчи (RPD).
Рентгеновият излъчвател е система, състояща се от източник на лъчение - рентгенова тръба и защитен кожух, в който е поставена тръбата.
Рентгеновата тръба е електровакуумен апарат с високо напрежение. Тръбата се състои от нажежен катод, който е източник на електрони, и анод, в чието вещество се забавят електроните, ускорени от електрическо поле, приложено към електродите на тръбата. Електродите на тръбата са поставени в стъклен контейнер, който обединява елементите на тръбата в една структура. В съвременните тръби остатъчното налягане на газовете в цилиндъра достига 10 -4 Pa (10 -6 mm Hg).
В резултат на бомбардирането на анода от поток от ускорени електрони и тяхното забавяне, върху повърхността на анода (във фокуса) се появява рентгеново лъчение, което се излъчва почти равномерно в плътен ъгъл от 2π, с изключение на известно затихване на лъчението в близост до равнината на анода. При рентгеновата диагностика се използва тесен лъч лъчение. За да се изолира този лъч от радиационната полусфера, активната повърхност на анода, върху който е разположен фокусът, се поставя под ъгъл 90 ° - β спрямо оста на тръбата (фиг. 1.1). Използваната част от радиационния лъч може да бъде представена като четири страни с диафрагмени затвори. Височината на пирамидата, перпендикулярна на оста на тръбата, се нарича централен лъч или оста на лъча. Най-големият ъгъл между стените на пирамидата е 2β. Остатъкът не се използва и трябва да се вземат мерки за защита от неговото въздействие.
Реалният фокус на тръбата има формата на правоъгълник и се нарича линеен. Проекцията на фокуса върху равнина, перпендикулярна на централния лъч, е квадрат сстрани от 0,1 до 2 mm и се нарича ефективно фокусно петно на рентгеновата тръба. Важно е да се отбележи, че ефективният фокус има квадратна форма само перпендикулярно на оста на тръбата, а номиналните размери и форма на фокуса се променят. Това понякога изисква определена ориентация на тръбата спрямо изследвания обект.
Електронният поток, бомбардиращ анода на тръбата, възниква поради термоелектронна емисия с волфрамова спирала, нагрята от електрически ток. Електростатичното фокусиране на електронния поток се използва за ограничаване на размера на фокуса. За целта в специално гнездо се поставя удължена катодна спирала. Формата на гнездото и дълбочината на разположената в него спирала създава необходимата конфигурация на електрическото поле.
Рентгеновите диагностични тръби се разделят на тръби с неподвижен анод и тръби с въртящ се анод. Използването на тръби с фиксиран анод е ограничено поради ниската мощност, която тръбният анод може да разсее за кратки периоди от време. Докато анодът се върти, последователно падащите елементи на фокалната писта, чиято площ е многократно по-голяма от действителното фокусно петно, попадат под електронния лъч. Температурата на елементите на фокусната писта по време на преминаването под лъча се увеличава с 1500-2000 ° C, а по време на едно завъртане на анода намалява с 15-20 пъти поради преразпределението на топлинното поле в дълбините на слоевете на анодното тяло. При многократно преминаване на елемента под електронния лъч, картината се повтаря и максималната температура на фокуса (елементът на фокусната следа, когато преминава под лъча) се повишава сравнително бавно. Това прави възможно намаляването на размера на ефективното фокусно петно при висока мощност, разсейвана на анода, като по този начин се гарантира ниско геометрично размазване.
Поради предимствототръби с въртящ се анод, те са оборудвани не само с всички стационарни, но и с много мобилни и отделения устройства. Използването на тръби с фиксиран анод в момента е ограничено до стоматологични и преносими устройства.
Нека разгледаме особеностите на работата на тръба с въртящ се анод. Дизайнът на такава тръба е показан на фиг. 1.2. Волфрамовият аноден диск е свързан към кухия меден ротор чрез тънък молибденов прът и се върти под въздействието на въртящото се електромагнитно поле на статора. Катодният възел е разположен ексцентрично спрямо оста на тръбата и заедно с фокусиращото устройство е фиксиран в тръбния балон.
Повече от 99% от енергията, подадена към фокуса, се изразходва за нагряване на анода и само малка част (
0,5%) отива в рентгенови лъчи. Допустимата мощност на фокуса на тръбата (Рdop) и продължителността на експозицията му (t0) се определят от степента на нагряване на фокуса, фокусната писта и анода като цяло. Съотношения
характеризират така наречената товароносимост на рентгеновата тръба; тук Wdp е допустимата енергия, отделена на анода.
На фиг. 1.3. представени са зависимостите на допустимите мощности и енергия от времето за големите и малките фокуси на тръбата 20-50BD22-15 за постоянни и пулсиращи анодни напрежения. Кривите са експериментално установени зависимости, получени в процеса на разработване на тръбата от условието за определен експлоатационен живот. Под въздействието на нагряване на повърхността на анода до високи температури възникват големи механични напрежения във фокалната писта, което води до нейната ерозия [1, 2, 3]. В резултат на това интензитетът на рентгеновите лъчи намалява. За експлоатационния живот на тръбата се взема такъв брой включвания в максимално допустимите режими, за които дозата на облъчване се намалява с не повече от 30%. Това се равнява наот 1000 до 40 000 включвания. За да се увеличи експлоатационният живот в съвременните тръби, е предвидено разделяне на фокалните писти, намаляване на ъгъла на активната повърхност на анода, увеличаване на диаметъра на фокалната писта и легиране на анодния материал с рений.
Действителната зона на фокусиране Sf е свързана с ширината b и ъгъла на активната повърхност на анода β чрез следната връзка:
Sph \u003d l * b \u003d b 2 / sinβ cm 2, (1.3)
Където l е дължината на действителния фокус, вж.
Мощността, отделена на анода на тръбата, отнесена към зоната на фокусиране, се нарича специфично натоварване на фокусното петно. Привидното специфично натоварване ν0 е съотношението на мощността Pa към площта на ефективното фокусно петно
Съответно действителното специфично натоварване е съотношението на мощността към площта на действителното фокусно петно.
По време на бомбардирането на фокуса се образуват вторични електрони, които, излитайки от фокуса, отнасят със себе си част от енергията, донесена във фокуса от електронния лъч. В този случай възниква афокално излъчване, което значително влошава качеството на изображението. Друга причина за появата на афокална радиация трябва да се счита за неточността на фокусиране на електронния лъч. В резултат на гореизложеното специфичното натоварване върху действителното фокусно петно ще бъде равно на
където ψ = 0,3 е коефициентът, който отчита ефекта на вторичната емисия на електрони.
От (1.5) следва, че при постоянно специфично натоварване ν мощността Pa може да бъде значително увеличена чрез намаляване на ъгъла на активната повърхност на анода. Намаляването на ъгъла β обаче е ограничено от необходимостта да се осигурят достатъчно големи полета на облъчване, които са различни за различните изследвания при определени фокусни разстояния. Стойността на ъгъла β е 15-17,5° в общата диагностика.
Увеличаване мощността на слушалкатасе постига и чрез увеличаване на скоростта на въртене на анода. На фиг. 1.3 показва графики на допустимата мощност за домашна тръба при 9000 rpm тип 14-30BD9-150. Сравнението на горните криви с тези на допустимата мощност за фокуси 20-50BD22-150 при 3000 об/мин показва, че такова увеличение на скоростта на въртене позволява да се намали размерът на големия фокус от 2 х 2 до 1,2 х 1,2 мм, а размерът на малкия фокус от 1 х 1 до 0,6 х 0,6 мм, без да се намалява допустимата мощност на тръбата.
В поредица от изследвания е много важно да можете да направите голям брой изображения, които бързо следват едно друго. За да направите това, е необходимо да увеличите топлинния капацитет на анода, което се постига чрез увеличаване на масата на анода с
900-1100 г. Такова увеличение на теглото поставя много тежки изисквания към лагерите на анодния възел. Използват се и легирани аноди, в които волфрамов диск с дебел
1 mm се легира с молибденов диск с дебелина 5-7 mm или графитни аноди с разпръсната волфрамова писта. Това дава възможност за почти удвояване на топлинния капацитет на анода без значително увеличаване на масата му.
За да се улесни работата на лагери в тръби с много висок топлинен капацитет на анода, анодът е фиксиран в два лагера, за разлика от конзолния монтаж в конвенционалните тръби. За тази цел тръбата на балона е изработена от керамика. Тази конструкция позволява използването на аноди с диаметър до 120-150 mm и скорост на въртене до 16 000 rpm, което води до увеличаване на топлинния капацитет на анода до стойност от порядъка на 10 6 kJ при увеличаване на допустимата мощност.
Охлаждането на повърхността на фокалния пръстен става чрез пренос на топлина към топлината на анода. Охлаждането на анодния диск се осъществява отчасти чрез излъчване на топлинна енергия от повърхността на анода в маслото на защитния корпус през тръбния балон,частично - чрез пренос на топлина през крака на анодния диск към анодния възел на въртенето на тръбата и по-нататък в маслото на защитния корпус. За да се увеличи преносът на топлина от повърхността на анода чрез излъчване, се използват анодни дискове със сложен състав, един от слоевете в които е направен от графит (C + Mo + W + Re).
Защитният капак с масло се охлажда само чрез конвекция на околния въздух. За увеличаване на конвекцията при високо натоварване на радиатора се използва обдухване на радиатора със специален вентилатор или принудително охлаждане на маслото.
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката: