Анодное напряжение рентгеновской трубки. Устройство рентгеновской трубки и рентгендиагностических аппаратов

Для полного понимания значения всех факторов, влияющих на прцесс коррекции ошибок, читатель должен познакомиться с принципом работы рентгеновской трубки, генерирующей рентгеновское излучение. Рентгеновская трубка представляет собой стеклянную колбу, из которой откачан воздух. Внутри колбы находятся два основных элемента любой рентгеновской трубки: катод и анод. Катод является источником электронов, а анод представляет собой мишень, бомбардируемую пучком электронов с катода.

Как видно из рис.1, катод имеет форму чашки (фокусирующая чашка), в которой находится вольфрамовая спиральная нить накаливания. Под действием проходящего через нить электрического тока нить накаливается и испускает электроны.

Количество испускаемых электронов пропорционально величине электрического тока, проходящего через нить. Ток измеряется в миллиамперах (мА). Один миллиампер равен 1/1000 ампера (А). Таким образом величина тока (измеряемого в миллиамперах), проходящих через нить, определяет интенсивность рентгеновского излучения, испускаемого мишенью. Увеличение тока через нить (увеличение мА) приводит к увеличению количества испускаемых электронов, что, в свою очередь, ведет к увеличению интенсивности (количества рентгеновских квантов) рентгеновского излучения.

Рис. 1. Схема, иллюстрирующая принцип действия рентгеновской трубки.

Фокусирующая чашка катода фокусирует электроны в пучок, направленный на мишень анода. Анод обычно изготавливается из меди, поскольку медь характеризуется высокой теплопроводностью и ее легче охлаждать. На лицевой стороне анода, обращенной к катоду, имеется массивная вольфрамовая пластина, называемая мишенью. Маленький участок мишени, в которую попадает пучок электронов, называется фокусным пятном. Этот участок является источником рентгеновского излучения. Большая часть энергии электронов, попадающих в мишень, преобразуется в тепло и лишь один процент превращается в рентгеновское излучение.

Катод заряжен отрицательно, анод — положительно. Напряжение между ними выражается в пиковых киловольтах и называется пиковым киловольтажем (кВп). Один киловольт равен 1000 Вольт. Величина напряжения (количество киловольт) определяет скорость пучка электронов. При увеличении напряжения ("киловольтажа") увеличивается скорость пучка электронов, бомбардирующих мишень, что, в свою очередь, ведет к увеличению энергии формируемого мишенью рентгеновского излучения (т.е. качества излучения).

Все органы управления элементами рентгеновской трубки расположены вне ее (снаружи) и подключены к катоду и аноду. Таймер контролирует время, в течение которого катод формирует пучок электронов. Полное количество электронов, образуемых катодом и достигающих анода, определяется произведением силы тока (в миллиамперах, мА) на длительность экспозиции в секундах (с), т.е. - (мА) х (с) или мАс.

Пучок рентгеновского излучения, облучающего объект, формируется специальным окошком, которое находится в металлическом кожухе, окружающем стеклянную колбу рентгеновской трубки. Этот пучок включает рентгеновское излучение разной длины волны и проникающей способности, определяемое величиной пикового киловольтажа (кВп), выбранного для данной экспозиции. Суммарное количество рентгеновского излучения в пучке на выходе рентгеновской трубки зависит оттока (мА), времени и выбранного пикового киловольтажа (кВп).

Длина волны рентгеновского излучения определяет его энергию, т.е. способность проникать внутрь объекта. Рентгеновское излучение с более короткой длиной волны, образуемое при более высоком значении кВп, обладает большей проникающей способностью по сравнению с рентгеновским излучением с большей длиной волны (менее энергетичное излучение). Рентгеновское излучение, прошедшее через объект, образует на пленке изображение. Пучок рентгеновского излучения, входящий в ткани пациента, характеризуется равномерным распределением интенсивности излучения в зависимости от длины волны.

Рентгеновское излучение, попавшее в ткани пациента, частично поглощается или проходит практически без поглощения в зависимости от того, что находится на пути пучка (ткани органов или кости). В результате на выходе из объекта излучения (пациента) возникает специфическая картина распределения интенсивности рентгеновского излучения (именуемое выборочным ослаблением излучения). Это распределение интенсивности рентгеновского излучения несет в себе всю диагностическую информацию о пациенте. Эта информация затем фиксируется на рентгеновской пленке (смотри рис. 2).

Зоны приоритетного внимания.

Другие статьи

Рентгенологические характеристики нормы и патологии в стоматологи. Остеопороз, остеолиз, деструкция, гиперцементоз, остеосклероз.

Для успешной роботы в сложной области распознавания стоматологических заболеваний, каковой является рентгенологическая диагностика пациента

Изображение слишком светлое;

Вспомните, каким образом пакет с пленкой был установлен во рту, облучался ли пакет снаружи (т.е. сторона пакета, обычно обращенная к рентгеновской трубке, в данном случае обращена в противоположную сторону). Свинцовая фольга, прилегающая к "обратной" стороне пакета, защищает пленку от рассеянного излучения (т.е. отражений от облученных тканей) и уменьшает интенсивность рентгеновского излучения, попадающего на пленку.

Рентгенологические характеристики нормы и патологии в стоматологии. Рентгенодиагностика некариозных поражений зубов. Часть2.

У больных с несовершенным остеогенезом коронки зубов правильной формы и размеров, но отличаются повышенной стираемостью и имеют необычную окраску

Внутриротовая рентгенография. Методика съемки прямых панорамных рентгенограмм. Часть 2.

Сопоставление у большой группы больных прямых и боковых панорамных снимков заставило нас отдать предпочтение боковым. Они очерчивают полностью и без деформации весь зубной ряд обеих половин челюстей, отличаются более равномерным увеличением изображения и меньше искажают взаимоотношения межальвеолярных перегородок и зубов.

Химикаты для ручной и автоматической обработки.

Изучение тонкостей состояния лицевого скелета в его взаимоотношениях с мозговым черепом, зубами и альвеолярными отростками должно проводиться в трех направлениях: вертикальном, трансверзальном и сагиттальном.

Радиовизиография.

Все вышеописанные рентгеновские устройства нуждаются в использова-нии рентгеновской пленки, которая должна химически обрабатываться для получения снимка. На сегодняшний день цифровые технологии позволяют



Генератором рентгеновых лучей является рентгеновская трубка. Современная электронная трубка конструируется по единому принципу и имеет следующее устройство. Основой является стеклянная колба в виде шара или цилиндра, в концевые отделы которой впаяны электроды: анод и катод. В трубке создается вакуум, что способствует вылету электронов из катода и быстрейшему их перемещению.

Катод представляет собой спираль из вольфрамовой (тугоплавкой) нити, которая укрепляется на молибденовых стержнях и помещается в металлический колпак, направляющий поток электронов в виде узкого пучка в сторону анода.

Анод делается из меди (быстрее отдает тепло и сравнительно легко охлаждается), имеет массивные размеры. Конец, обращенный к катоду, косо срезается под углом 45-70°. В центральной части скошенного анода имеется вольфрамовая пластинка, на которой находится фокус анода - участок 10-15 мм2, где в основном и образуются рентгеновы лучи.

Процесс образования рентгеновых лучей. Нить накала рентгеновской трубки - вольфрамовая спираль катода при подведении к ней тока низкого напряжения (4-15 В, 3-5А) накаливается, образуя свободные электроны вокруг нити. Включение тока высокого напряжения создает на полюсах рентгеновской трубки разность потенциалов, в результате чего свободные электроны с большой скоростью устремляются к аноду в виде потока электронов - катодных лучей, которые, попав на фокус анода, резко тормозятся, вследствие чего часть кинетической энергии электронов превращается в энергию электромагнитных колебаний с очень малой длиной волны. Это и будет рентгеновское излучение (лучи торможения).

Основные принципы защиты персонала рентгеновских кабинетов.

1. Защита экранированием:

Стационарные средства - баритовая штукатурка стен кабинета, двери с листовым свинцовым покрытием, просвинцованное стекло в смотровых окнах;

Передвижные: защитные ширмы, так же с листовым свинцовым покрытием;

Индивидуальные средства: фартуки, перчатки, колпаки и бахилы из просвинцованной резины для персонала, и покрытие из просвинцованной резины для защиты наиболее чувствительных тканей пациента (перечислены выше) во время проведения различных методов рентгенодиагностики.

2. Защита расстоянием - расположение рабочих мест персонала с максимальным удалением их от источника излучения, максимально возможное расстояние между рентгеновской трубкой и кожей пациента (кожно-фокусное расстояние). Доказано, что с увеличением этого расстояния вдвое доза уменьшается вчетверо.

3. Защита временем, т.е. чем меньше время облучения, тем меньше доза. В связи с этим существует строгая регламентация рабочего дня рентгенолога и время проведения рентгенодиагностических процедур.

Так, при рентгенографии экспозиция длится в среднем до 1-3 с, рентгеноскопия грудной клетки - 5 мин, желудка - 10 мин и т.д.

Устройство рентгеновского аппарата (основные функциональные блоки)

Рентгеновский аппарат состоит:

Из одной или нескольких трубочек, которые называют излучателями.

Питающего устройства, предназначенного для обеспечения электроэнергией и регулирования радиационных параметров

В устройство рентгеновского аппарата входят штативы, с помощью которых можно им управлять.

Устройства, преобразующего рентгеновское излучение в видимое изображение, которое становится доступным для наблюдения

Подробно:

Устройства аппарата

Аппарат выполнен в виде блок -трансформатора на передвижном штативе. Включение высокого напряжения при снимке осуществляется с помощью пультика на длинном выносном шнуре.

Подключение аппарата к сети, заземление и сочленение блок- трансформатора со штативом осуществляется с помощью разъемов кабелей и проводов.

Штатив аппарата обеспечивает перемещение фокуса трубки на высоте от 1750 мм от пола (выходное окно блок- трансформатора направленно вниз) до 360 мм от пола (выходное окно блок- трансформатора направленно вверх).

Штатив обеспечивает также горизонтальное перемещение фокуса трубки относительно колонны при направлении выходного окна вниз в пределах от 400 до 620 мм. Блок- трансформатор имеет возможность поворота в вилке на 30º к колонне, на 210º от колонны и вокруг оси вилки на ±180º от положения для снимок при направлении пучка лучей вниз. Во всех рабочих положениях блок- трансформатор фиксируется самотормозящими устройствами.

Тубус для снимков на кассету обеспечивает поле облучения диаметров 38 см на расстоянии 70 см от фокуса трубки. Тубус для зубных снимков обеспечивает поле облучения диаметром 5,5 см на расстоянии 15 см от фокуса трубки с точностью ±3 мм.

-Колонка штатива:

Колонка штатива представляет собой квадратную дюралюминиевую трубу, на одной из боковых поверхностей которой укреплена зубчатая рейка. Зубчатая рейка на колоне служит для перемещения по ней каретки моноблока. Нижняя конусная часть трубы вставляется в специальное отверстие на основании.

-каретка вертикального и горизонтального перемещения блок- трансформатора:

Каретка представляет собой литой корпус из алюминия, на которой укреплены две пары роликов для перемещения по колонне, а также две пары роликов и пара жестких регулируемых упоров для перемещения горизонтальной каретки. Ролики крепятся на регулируемых эксцентриковых осях. Регулируемые упоры закреплены винтами.

Перемещение каретки вверх и вниз осуществляется с помощью зубчатого механизма с самоторможением. Зубчатое колесо механизма постоянно находится в зацеплении с зубчатой рейкой колонны штатива. На вилке зубчатого колеса с помощью шпонки закреплен диск и пружина с отогнутым усиком. Пружина надета на барабан каретки. Весь механизм закрыт колпачком в паз которого входит отогнутый усик пружины. При вращении рукоятки механизма, вращается колпачок, разжимает пружину и вращает ее. Пружина через диск вращает валик зубчатого колеса и колесо. Колесо по зубчатой рейки

перемещают каретку вверх или вниз, в зависимости от вращения рукоятки. При остановке каретки пружина сжимается на барабане и препятствует перемещению зубчатого колеса. Этим осуществляется самоторможение от произвольного перемещения по колонне.

Перемещение блок- трансформатора в горизонтальном направлении осуществляется с помощью горизонтальной каретки. Горизонтальная каретка представляет собой две параллельные прямоугольные штанги, соединенные на концах алюминиевыми поперечинами, перемещающимися по роликам. В передней поперечине имеется гнездо и болт- фиксатор для закрепления вилки блок- трансформатора. Самоторможение от произвольного перемещения горизонтальной каретки осуществляется с помощью резиновых накладок, которые через скобу крепятся к литой каретке.

Снаружи каретка закрывается двумя оформительными колпаками.

-блок- трансформатор:

Блок- трансформатор представляет собой металлический бак, внутри которого размещен высоковольтный трансформатор и укреплена рентгеновская трубка. Блок- трансформатор укрепляется на карете штатива с помощью вилки и может вращаться, как в самой вилке, так и вместе с вилкой вокруг оси ее хвостика.

Вилка, в которой вращается блок- трансформатор, сконструирована так, что блок- трансформатор остается в равновесии в любом положении и для его фиксации не требуется дополнительно никаких тормозящих устройств. В хвостике укреплен штепсельный разъем, на который выведены цепи питания и контроля блок- трансформатора. На боковой стенке блок- трансформатора нанесены деления, показывающие угол его поворота в вилке.

Для компенсации изменения объема масла при транспортировке и эксплуатации в блок- трансформаторе имеются четыре маслорасширителя. В блок- трансформаторе имеется прозрачное окно для выхода рентгеновских лучей и два закрытых отверстия, предназначенные для смены вышедшей из строя трубки.

-пульт управления:

Ручной пультик управления выполнен в виде пластмассовой коробочки. На пультике имеются: переключатель установок миллиамперсекунд, кнопка снимок и индикатор включения высокого напряжения. Внутри пультика размещены элементы электрической схемы.

Из пультика выходит гибкий пятижильный кабель 3 метра, который подсоединен к контактной колодке, расположенной на основании.

-кабели и провода:

Блок- трансформатор соединяется с основаниям кабелем, имеющим на конце штепсельный разъем. При помощи сетевого 3-х жильного кабеля аппарат может быть подключен к трехполюсной настенной розеткой с заземляющим контактом. Для включения в сеть с обычной двухполюсной розеткой служит переходная колодка с проводом заземления, входящая в комплект аппарата.

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-04-03

Кафедра онкологии, лучевой терапии и лучевой диагностики

Зав. кафедрой: проф., д.м.н. Редькин Александр Николаевич

Преподаватель: к.м.н. Черкасова Ирина Ивановна

Реферат на тему: «Устройство рентгеновской трубки и рентгендиагностических аппаратов. Аналоговые и цифровые технологии. Виды рентгенологических комплексов.»

Выполнила: Васильева Ирина Александровна

Устройство рентгеновской трубки.

Принципы получения рентгеновских лучей.

Классификация рентгеновских трубок

1. По назначению

1. Диагностические

2. Терапевтические

3. Для структурного анализа

4. Для просвечивания

1. По конструкции

1. По фокусности

§ Однофокусные (на катоде одна спираль, а на аноде одно фокусное пятно)

§ Двухфокусные (на катоде две спирали разного размера, а на аноде два фокусных пятна)

2. По типу анода

§ Стационарный (неподвижный)

§ Вращающийся

§ Открытый или закрытый анод

§ Выносимый анод

1. По мощности: от 0,2 до 100 кВт;
2. По способу охлаждения:

· с водяным охлаждением

· калориферным

· непроточным масляным

· с комбинированными видами охлаждения (лучеиспускание и масляное, проточное водяное и масляное).

Генератором рентгеновых лучей является рентгеновская трубка. Современная электронная трубка конструируется по единому принципу и имеет следующее устройство.

Основой является стеклянная колба в виде шара или цилиндра, в концевые отделы которой впаяны электроды: анод и катод. В трубке создается вакуум, что способствует вылету электронов из катода и быстрейшему их перемещению. Катод представляет собой спираль из вольфрамовой (тугоплавкой) нити, которая укрепляется на молибденовых стержнях и помещается в металлический колпак, направляющий поток электронов в виде узкого пучка в сторону анода. Анод делается из меди (быстрее отдает тепло и сравнительно легко охлаждается), имеет массивные размеры. Конец, обращенный к катоду, косо срезается под углом 45-70°. В центральной части скошенного анода имеется вольфрамовая пластинка, на которой находится фокус анода - участок 10-15 мм2, где в основном и образуются рентгеновы лучи.

Процесс образования рентгеновых лучей . Нить накала рентгеновской трубки - вольфрамовая спираль катода при подведении к ней тока низкого напряжения (4-15 В, 3-5А) накаливается, образуя свободные электроны вокруг нити. Включение тока высокого напряжения создает на полюсах рентгеновской трубки разность потенциалов, в результате чего свободные электроны с большой скоростью устремляются к аноду в виде потока электронов - катодных лучей, которые, попав на фокус анода, резко тормозятся, вследствие чего часть кинетической энергии электронов превращается в энергию электромагнитных колебаний с очень малой длиной волны. Это и будет рентгеновское излучение (лучи торможения). По желанию врача и техника можно регулировать как количество рентгеновых лучей (интенсивность), так и качество их (жесткость). Повышая степень накала вольфрамовой нити катода можно добиться увеличения количества электронов, что обусловливает интенсивность рентгеновых лучей. Повышение напряжения, подаваемого к полюсам трубки, ведет к увеличению скорости полета электронов, что является основой проникающего качества лучей. Выше уже было отмечено, что фокус рентгеновской трубки - это тот участок на аноде, куда попадают электроны и где генерируются рентгеновы лучи. Величина фокуса влияет на качество рентгеновского изображения: чем меньше фокус, тем резче и структурней рисунок и наоборот, чем он больше, тем более расплывчатым становится изображение исследуемого объекта. Практикой доказано, чем острее фокус, тем быстрее трубка приходит в негодность - происходит расплавление вольфрамовой пластинки анода. Поэтому в современных аппаратах трубки конструируются с несколькими фокусами: малым и большим, или линейным в виде узкой полосы с коррекцией угла скошенности анода в 71°, что позволяет получать оптимальную резкость изображения при наибольшей электрической нагрузке на анод. Удачной конструкцией рентгеновской трубки является генератор с вращающимся анодом, что позволяет делать фокус незначительных размеров и удлинить тем самым срок эксплуатации аппарата. Из потока катодных лучей только около 1% энергии превращается в рентгеновы лучи, остальная энергия переходит в тепло, что приводит к перегреванию анода.

Для целей охлаждения анода используются различные способы: водяное охлаждение, калориферно-воздушное, масляное охлаждение под давлением и комбинированные способы.

Рентгеновская трубка помещается в специальный просвинцованный футляр или кожух с отверстием для выхода рентгеновского излучения из анода трубки.

На пути выхода рентгеновского излучения из трубки устанавливаются фильтры из различных металлов (алюминиевые,медные,железные,комбинированные) , которые отсеивают мягкие лучи и делают более однородным излучение рентгеновского аппарата. Во многих конструкциях рентгеновских аппаратов в футляр наливается трансформаторное масло, которое со всех сторон обтекает рентгеновскую трубку.

Все это: металлический футляр, масло, фильтры экранируют персонал кабинета и больных от воздействия рентгеновского облучения.

Вскоре после открытия В.-К. Рентгеном нового вида излучения оно стало активно использоваться в медицине с диагностическими целями. Таким образом, родилась новая медицинская специальность, названная рентгенодиагностикой. Само новое излучение, электромагнитное по своей природе, в России и Германии получило название рентгеновского, а в англоязычных странах Х-лучей (Х-гау).

Устройство и принцип работы рентгеновской трубки

Рентгеновское излучение возникает в рентгеновской трубке в момент подачи на нее высокого напряжения. Наиболее распространенная современная модель рентгеновской трубки представляет собой электрический прибор, состоящий из двух электродов: катода, выполненного в виде тонкой спирали, и анода -- в виде пластины или диска, которые запаяны в вакуумной стеклянной колбе. Таким образом, между катодом и анодом имеется безвоздушное пространство. Поскольку процесс получения рентгеновского излучения связан с сильным нагреванием электродов, они конструктивно выполнены из тугоплавкого металла (вольфрама).

Перед подачей на электроды высокого напряжения катод нагревается сильным током низкого напряжения (напряжение 6--14 В, сила тока 2,5-8 А). При этом катод начинает испускать свободные электроны, которые образуют вокруг него так называемое электронное облачко, а процесс отрыва электронов от поверхности катода называется электронной эмиссией.

Схема рентгеновской трубки: 1 - катод, 2 -- поток электронов, 3 - фокусное пятно анода, 4 -- анод, 5 -- двигатель на оси анода

При подаче на электроды высокого напряжения (порядка десятков и сотен киловольт) оторвавшиеся от катода электроны через вакуум начинают устремляться к аноду с огромной скоростью. Встречая на своем пути анод, электроны начинают ударяться о его поверхность. При этом происходит торможение электронов и преобразование их высокой кинетической энергии в энергию электромагнитных волн с различной частотой, большая часть которой рассеивается в виде теплового излучения. Небольшое количество энергии, образованной вследствие торможения электронов об анод (примерно 1/1000), покидает рентгеновскую трубку в виде рентгеновского излучения. Таким образом, рентгеновское излучение -- это волновое тормозное электромагнитное излучение. При этом оно направляется перпендикулярно по отношению к оси движения электронов в вакууме рентгеновской трубке. Это становится возможным благодаря особой форме анода, имеющего скошенную поверхность в месте контакта с падающими на него электронами, называемую фокусным пятном. Кроме того, во время подачи на рентгеновскую трубку высокого напряжения анод, выполненный в виде диска, начинает вращаться с высокой частотой. Поэтому в разные моменты времени пучок электронов ударяется о разные участки его поверхности, что предохраняет анод от избыточного нагревания, равномерно распределяя тепловую нагрузку по его поверхности.

Формирование рентгеновского изображения

Принцип получения рентгеновского изображения исследуемого органа основан на неоднородном ослаблении (поглощении) пучка рентгеновского излучения при прохождении его через ткани различной плотности и попадании неоднородно ослабленного излучения на воспринимающую систему (рентгеновскую пленку или флюоресцирующий экран).

Все диагностические изображения, получаемые методами медицинской визуализации, подразделяют на две основные группы - аналоговые и цифровые. Аналоговые изображения получают на специальной рентгенографической пленке или флюоресцирующих экранах с помощью методов классической рентгенодиагностики (рентгенографии, рентгеноскопии, флюорографии, линейной томографии, методик с применением искусственного контрастирования).

Схема формирования рентгеновского изображения за счет неравномерного ослабления рентгеновского излучения: 1 - источник рентгеновского излучения, 2 - тело пациента, 3 -- рентгеновская пленка, флюоресцирующий экран

Существуют негативные и позитивные изображения одного и того же объекта (органов грудной клетки). Органы и ткани, обладающие высокой рентгеновской плотностью (кости, сердце, купола диафрагмы), на негативных изображениях белого цвета, а на позитивных -- черного. При анализе рентгенограмм необходимо также помнить о наличии суммационного эффекта. Суммационный эффект заключается в наслоении изображений различных органов и тканей, расположенных вдоль прохождения пучка рентгеновского излучения.

Рентгеновская трубка - это электровакуумный прибор, предназначенный для получения рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение возникает при торможении ускоренных на экране антикатода (анода), изготовленного из тяжелого металла (например, вольфрама). Получение электронов, их ускорение и торможение осуществляется в самой рентгеновской трубке, представляющей вакуумированный стеклянный баллон, в который впаяны металлические электроды: катод (см.) - для получения электронов и анод (см.) - для их торможения (рис. 1). Для ускорения электронов к электродам подводится высокое напряжение.

Рис. 1. Терапевтическая, рентгеновская трубка с массивным вольфрамовым анодом: 1 - катод; 2 - анод.

Вильгельм Конрад Рентген
(Wilhelm Conrad Röntgen)

Первая рентгеновская трубка, с которой В. К. Рентген сделал свое открытие, была ионной. Рентгеновская трубка этого типа (хрупкие и трудноуправляемые) в настоящее время полностью вытеснены более совершенными электронными трубками. В них электроны получаются путем накаливания катода. Регулируя ток в цепи накала рентгеновской трубки, а следовательно, и температуру катода, можно изменять количество испускаемых катодом электронов. При низком напряжении не все испускаемые катодом электроны участвуют в создании анодного тока и у катода образуется так называемое электронное облако. При повышении напряжения электронное облако рассасывается и, начиная с определенного напряжения (напряжения насыщения), все электроны достигают анода. Через трубку при этом течет максимальный ток (ток насыщения). Напряжение на рентгеновской трубке обычно выше напряжения насыщения, поэтому возможно раздельно регулировать напряжение и ток рентгеновской трубки. Это означает, что жесткость излучения, определяемая напряжением, регулируется независимо от интенсивности, которая обусловлена анодным током.

Анод рентгеновской трубки обычно выполняется в виде массивного медного чехла, обращенного к катоду скошенным торцом, чтобы выходящее было перпендикулярно оси трубки. В толщу анода впаяна вольфрамовая пластинка в 2- (зеркало анода).

Катод электронной рентгеновской трубки содержит тугоплавкую нить накала, обычно из вольфрама, которая выполнена в виде цилиндрической или плоской спирали и окружена металлическим стаканчиком для фокусирования пучка электронов на зеркале анода (фокусе рентгеновской трубки). В двухфокусных рентгеновских трубках катод содержит две нити накала.

При работе рентгеновской трубки на аноде выделяется большое количество тепла. Чтобы предохранить анод от перегрева и повысить мощность рентгеновской трубки, используются охлаждающие анод устройства: воздушное радиаторное, масляное, водяное охлаждение, охлаждение лучеиспусканием. В качестве материала оболочки рентгеновской трубки обычно применяют стекло, которое позволяет прикладывать к электродам достаточно высокое напряжение, пропускает рентгеновское излучение без заметного ослабления (для получения букки-лучей делают бериллиевые окна), достаточно прочно и непроницаемо для газов (вакуум в рентгеновской трубке 10 -6 - 10 -7 мм рт. ст.). Диагностические рентгеновские трубки работают при максимальных напряжениях до 150 кв, терапевтические - до 400 кв.

Рис. 6. Схематическое изображение линейчатого фокуса диагностической рентгеновской трубки: 1 - зеркало анода; 2 - действительный фокус; 3 - анод; 4 - центральный луч; 5 - оптический фокус; 6 - ось трубки; 7 - катод.

Рис. 8. Схематическое изображение фокуса трубки с вращающимся дисковым анодом: 1 - действительный фокус; 2 - его развертка; 3 - мгновенный фокус; 4 - ось трубки; 5 - катод; 6 - оптический фокус; 7 - анод.

Резкость рентгеновского изображения обусловлена величиной фокуса. Основное требование к диагностическим рентгеновским трубкам - большая мощность при малом фокусе. Современные рентгеновские трубки имеют линейчатый фокус размером 10-40 мм 2 , но практическое значение имеет не действительная величина фокуса, а его видимая проекция в направлении пучка, т. е. размеры эффективного оптического фокуса (рис. 2). При угле наклона анода 19° площадь эффективного фокуса в 3 раза меньше действительного, что позволяет увеличить мощность рентгеновской трубки в два раза. Дальнейшее увеличение мощности достигнуто в трубках с вращающимся анодом (рис. 3 и 4).

В настоящее время выпускают рентгеновские трубки различного назначения, отличающиеся как конструктивно, так и мощностью, способами охлаждения, защиты от излучения и высокого напряжения. Условное обозначение рентгеновской трубки представляет собой комбинацию букв и цифр. Первая цифра - мощность трубки в киловаттах; второй знак определяет род защиты (Р - защитная от излучения, Б - защитная от излучения и высокого напряжения, отсутствие буквы указывает на отсутствие защиты); третий знак определяет назначение рентгеновской трубки (Д - диагностика, Т - терапия); четвертый - указывает способ охлаждения (К - воздушное радиаторное, М-масляное, В - воздушное, отсутствие буквы означает охлаждение лучеиспусканием); пятая цифра указывает максимальное анодное напряжение в киловольтах. Так, например, 6-РДВ-110 - шестикиловаттная защитная диагностическая трубка с водяным охлаждением на 110 кв; трубка 1-Т-1-200-терапевтическая, без защиты, охлаждение лучеиспусканием, мощностью 1 кет на напряженно 200 кв (условный номер 1).

Рис. 3. Трубка с вращающимся дисковым анодом: 1 - катод; 2 - дисковый анод; 3 - защитный диск; 4 - ось анода; 5 - стальной цилиндр - ротор асинхронного электродвигателя.

Каждую новую трубку перед пуском в работу необходимо проверить на вакуум, не включая накала. Если при этом появится розовое свечение или искра, рентгеновская трубка потеряла вакуум и к работе непригодна. Трубку, сохранившую вакуум, подвергают тренировке: устанавливают ток 1-2 ма при высоком напряжении порядка 1/3 от номинального и в течение 30-60 мин. напряжение и ток постепенно повышают до значений длительного режима, указанного в паспорте рентгеновской трубки. При эксплуатации рентгеновской трубки необходимо строго придерживаться режимов работы, указанных в ее паспорте.

Рентгеновская трубка - это электровакуумное устройство, применяемое для генерирования рентгеновых лучей путем эмиссии электронов с катода, фокусировки и ускорения их в электрическом поле высокого напряжения с последующим торможением электронного потока на зеркале анода. В результате торможения потока электронов на аноде рентгеновской трубки выделяется большое количество тепла и лишь незначительное количество этой энергии трансформируется в энергию рентгеновского излучения (см.).

Со времени открытия Рентгеном икс-лучей и до начала первой мировой войны для рентгенодиагностики и рентгенотерапии применялись так называемые ионные газосодержащие рентгеновские трубки (рис. 1), хрупкие и трудноуправляемые. Лилиенфельд (L. Lilienfeld) предложил более совершенную рентгеновскую трубку с промежуточным электродом, накаливаемым катодом и водяным охлаждением (рис. 2). Однако высоковакуумная двухэлектродная рентгеновская трубка, предложенная американцем Кулиджем (W. D. Coolidge), постепенно вытеснила все другие рентгеновские трубки и применяется в разных модификациях до настоящего времени.

Рис. 1. Ионная рентгеновская трубка с воздушным охлаждением и газовым регенератором.

Рис. 2. Рентгеновская трубка Лилиенфельда.

Современная рентгеновская трубка представляет собой высоковольтный вакуумный диод (с двумя электродами - катодом и анодом). Катод рентгеновской трубки содержит тугоплавкую нить накала, обычно из вольфрама. В двухфокусных диагностических рентгеновских трубках, предназначенных для разных режимов работы, катод содержит две нити накала для каждого из фокусов. Нити накала, как правило, выполнены в виде цилиндрической или плоской спирали (рис. 3, 1 и 2) соответственно для линейчатого или круглого фокуса.

Рис. 3. Катоды двухфокусных электронных рентгеновских трубок: 1 - с двумя цилиндрическими спиралями нити накала; 2 - с двумя плоскими спиралями нити накала.

Анод рентгеновской трубки обычно выполнен в виде массивного медного чехла, обращенного к катоду скошенным торцом, в толщу которого впаяна вольфрамовая пластинка толщиной 2-2,5 мм (зеркало анода), являющаяся мишенью, куда фокусируется поток электронов с катода, и представляющая, таким образом, рентгенооптический фокус трубки. Имеются рентгеновские трубки для специальных целей, например для внутриполостной рентгенотерапии (рис. 4), в которых анод является дном полого цилиндра, вводимого в соответствующую полость.

Рис. 4. Безопасная рентгеновская трубка для внутриполостной рентгенотерапии: 1 - катод; 2 - анодная трубка; 3 - окно выхода рентгеновых лучей; 4 - анодный цоколь; 5 - водяная рубашка; 6 - патрубки охлаждения.

С целью повышения разрешающей способности современных диагностических трубок фокусу рентгеновской трубки уделяется большое внимание, так как чем острее фокус, тем резче рентгеновское изображение.

При оценке рентгенооптических свойств рентгеновской трубки следует учитывать, что решающее значение имеет не величина действительного фокуса на зеркале анода, а видимая проекция фокусного пятна в направлении центрального луча, т. е. размеры эффективного оптического фокуса. Уменьшение размеров оптического фокуса достигается уменьшением угла скашивания анода по отношению к центральному лучу.

В отличие от терапевтических рентгеновских трубок (рис. 5), снабженных круглым или в форме эллипса оптическим фокусом, современные диагностические трубки имеют так называемый линейчатый фокус (рис. 6). В трубках с линейчатым фокусом площадь эффективного фокуса, имеющего форму квадрата, примерно в 3 раза меньше площади действительного фокуса, имеющего форму прямоугольника. При одинаковых рентгенооптических свойствах мощность рентгеновской трубки с линейчатым фокусом примерно в 2 раза больше, чем у рентгеновской трубки с круглым фокусом.

Дальнейшее повышение мощности диагностических рентгеновских трубок достигнуто в трубках с вращающимся анодом (рис. 7 и 8). В этих рентгеновских трубках массивный вольфрамовый анод с линейчатым фокусом, растянутым по всей окружности, укреплен на оси, вращающейся в подшипниках, а катод трубки смещен относительно ее оси так, чтобы фокусированный пучок электронов попадал всегда на скошенную поверхность зеркала анода. При вращении анода пучок фокусированных электронов попадает на меняющийся участок фокуса анода, эффективная величина которого, т. е. оптический фокус, имеет благодаря этому весьма малые размеры (порядка 1X1 мм, 2,5X2,5 мм). Так как скорость вращения анода достаточно велика (анод является продолжением оси двигателя, вращающегося с угловой скоростью 2500 об/мин), мощность трубки при выдержках в 0,1 сек. может достигать 40-50 кВт.

Значительное количество тепла, образующегося на аноде работающей трубки, требует ее охлаждения путем отвода тепла с анода в окружающую среду. Это достигается путем воздушного радиаторного охлаждения (рис. 9), водяного охлаждения (рис. 10 и 11) или масляного охлаждения (рис. 12); масло является одновременно и изолирующей средой; масляное охлаждение обычно применяется в так называемых блок-аппаратах (см. Рентгенотехника).

Рис. 9. Трубка с радиаторным воздушным охлаждением.

Рис. 10. Анод трубки с водяным охлаждением: 1 - стержень анода; 2 - резервуар с охлаждающей водой.

Рис. 11. Анод трубки, охлаждаемой проточной водой: 1 - соединительные трубки водяного охлаждения.

Рис. 12. Миниатюрная рентгеновская трубка с масляным охлаждением для рентгенографии зубов.

В связи с многообразными запросами рентгенодиагностики и рентгенотерапии в настоящее время выпускаются рентгеновские трубки самого различного назначения, отличающиеся как конструктивным оформлением, так и величиной, мощностью, способами охлаждения и защиты от неиспользуемого излучения. Условные обозначения различных типов трубок состоят из комбинаций цифр и букв. Первая цифра - предельно допустимая мощность трубки (в кВт); первая буква определяет защиту от излучения (Р - самозащитная; Б - в защитном кожухе; отсутствие буквы означает отсутствие защиты); вторая буква определяет назначение рентгеновской трубки (Д - диагностика; Т - терапия); третья буква указывает систему охлаждения (К - воздушное радиаторное охлаждение, М - масляное, В - водяное, отсутствие буквы означает охлаждение лучеиспусканием); последняя цифра соответствует предельно допустимому анодному напряжению в киловольтах. Так, например, 3-БДМ-2-100 - трехкиловаттная диагностическая трубка с масляным охлаждением (радиаторным) на 100 кв для работы в защитном кожухе (условный номер типа - 2); трубка - 1-Т-1-200 - терапевтическая без защиты с охлаждением лучеиспусканием, мощностью 1 кет на напряжение 200 кв (условный номер типа - 1).

Независимо от типа рентгеновской трубки общий принцип их работы состоит в следующем. Накал катода рентгеновской трубки вызывает термоэлектронную эмиссию с образованием у катода так называемого электронного облака. С включением высокого напряжения на электродах рентгеновской трубки свободные электроны под действием электрического поля устремляются к аноду, тормозятся на его зеркале, причем часть энергии торможения преобразуется в рентгеновское излучение.

При повышении напряжения на рентгеновской трубке эмиссионный ток вначале круто возрастает за счет постепенного уменьшения плотности электронного облака. Когда же число электронов, образующихся на катоде, становится равным числу электронов, достигающих анода, дальнейшее повышение напряжения не вызывает увеличения тока, проходящего через рентгеновскую трубку, а лишь увеличивает кинетическую энергию электронов, достигающих анода. Режим работы рентгеновской трубки, при котором происходит использование всех электронов, образующихся на катоде, а дальнейшее повышение напряжения не вызывает увеличения анодного тока, называется током насыщения. Практически ток насыщения i достигается в диагностических рентгеновских трубках при разности потенциалов σ порядка 10-20 кв (рис. 13). Поэтому обычно рентгеновские трубки большей частью работают в режиме тока насыщения. При необходимости увеличить анодный ток следует соответственно увеличить ток накала катода и, подняв напряжение, снова создать режим тока насыщения.

Рис. 13. Анодные характеристически электронной рентгеновской трубки: S"- при токе накала 3,8 a; S-при токе накала 3,4 а.

В процессе промышленного производства из рентгеновских трубок удаляют газ до остаточного давления 10 -6 -10 -7 мм рт. ст. При этой степени вакуума прохождение тока через рентгеновскую трубку практически обусловлено только термоэлектронной эмиссией с катода. Однако при чрезмерном нагреве деталей трубки, а также при включении ее после длительного перерыва в работе в ней может появиться газ; при этом возникает эффект ионизации; рентгеновская трубка начинает пропускать ток в обоих направлениях. Измерительные приборы на пульте управления обнаруживают резкие колебания анодного тока. Если такую «газящую» рентгеновскую трубку включить под высокое напряжение без накала катода, в ней создается устойчивый газовый разряд, сопровождающийся характерным свечением трубки. Такая трубка к работе непригодна и подлежит замене.

Каждую новую рентгеновскую трубку перед пуском в работу необходимо проверить на вакуум под высоким напряжением, не включая накала, затем подвергнуть «тренировке». Для этого при анодном напряжении порядка 1/3 от номинального устанавливают ток 1-2 мА. Затем в течение 30-60 мин. напряжение и ток постепенно повышают до номинальных значений длительного режима в соответствии с паспортом рентгеновской трубки. При эксплуатации рентгеновской трубки необходимо строго придерживаться режимов работы, указанных в ее паспорте.

См. также Рентгеновские аппараты, Рентгеновское излучение.