что такое рентгеновская трубка
Рентгеновская трубка: устройство и принцип работы
Рентгеновская трубка — это специальное электровакуумное приспособление, которое генерирует рентгеновские лучи, и используется, например, в рентгеновских аппаратах. Такой прибор применяется в разных сферах:
Устройство рентгеновской трубки
Главные элементы рентгеновской трубки — катод и анод. Они находятся внутри стеклянной колбы друг напротив друга.
Если детальнее разобраться в устройстве катода, то окажется, что это спираль из вольфрамовой нити. Когда ток начинает поступать на нить, она испускает поток электронов. Электроны с высокой скоростью устремляются к аноду (а их отрыв с катода называется электронной эмиссией). Такое желание электронов попасть на анод вызвано разностью потенциалов между катодом и анодом.
Когда электроны достигают своей цели (анода), они резко тормозятся. В результате этого торможения большая часть кинетической энергии электронов превращается в тепловую, оставшаяся часть — в рентгеновское излучение.
Материал, из которого сделан анод, должен быстро рассеивать тепло и очень эффективно превращать энергию в рентгеновское излучение. В большинстве случаев для изготовления анода используют вольфрам. Этот металл не плавится при высоких температурах, сохраняя свою прочность.
Также на аноде можно выделить фокусное пятно (это место, в которое стремятся попасть электроны). Чем меньше это пятно, тем резче будет рисунок. Но маленький размер может сказаться на времени работы трубки, поэтому для предотвращения быстрой поломки в трубку помещают вращающийся анод с двумя фокусами (маленьким и большим).
Трубка сильно нагревается при работе, поэтому в ее состав обязательно входит водная, воздушная или масляная система охлаждения.
Принцип работы рентгеновской трубки
Для медицинского оборудования поставляются совершенно разные трубки. Характеристики трубки зависят от того, для какого вида диагностики или лечения она будет применяться.
Нужное действие на ткани организма или необходимое качество изображения можно получить путем регулирования напряжения, тока трубки и времени ее работы. Здесь будет регулироваться самое главное — количество и качество излучения.
К примеру, для диагностики заболеваний врач использует устройство с трубкой, которые работают под напряжением до 150 кВ. Для лечения используются приборы с трубкой, работают под напряжением до 400 кВ.
Кроме напряжения может быть отличие и в размере фокусного (фокального) пятна, ведь именно этот параметр определяет разрешающую способность получаемых снимков. При его уменьшении возникает ограничение на максимальную мощность трубки: даже при использовании в качестве мишени анода очень тугоплавкого вольфрама при площади фокуса 1 кв. мм и односекундной экспозиции рассеяться без повреждений анода может не более 200 Вт.
Чтобы продлить жизнь аноду врачи-рентгенологи ведут специальные таблицы и графики, где фиксируют размер фокусного пятна, время работы и мощность рентгеновских трубок.
Рентгеновская трубка
Назначением рентгеновской трубки является генерация рентгеновских лучей. По сути своей она является двухэлектродным электровакуумным прибором — диодом.
Существуют разные конструкции рентгеновских трубок, но почти все они имеют типовую электронную схему. В классическом исполнении трубка представляет собой стеклянную колбу определённой формы, в которую впаяны металлические электроды: катод и анод.
Катодом служит вольфрамовая спираль, подключённая к накальной цепи источника тока и заключённая в фокусирующее устройство, которое и формирует поток электронов.
Анод выполняется из меди и делается достаточно массивным для обеспечения хорошего теплообмена. Та часть анода, которая обращена к катоду, имеет косой срез под острым углом 45° – 70°. В центре скошенного среза закрепляется вольфрамовая мишень с фокусным пятном анода, на которой происходит генерация рентгеновского излучения.
Процесс генерации рентгеновского излучения.
При включении тока накала спираль катода разогревается, при этом вокруг неё образуется облако свободных электронов; чем больше напряжение, тем выше температура нагрева, тем плотнее облако.
При подаче на электроды трубки высокого напряжения — порядка десятков и сотен киловольт — проявляется свойство разноимённых зарядов притягиваться друг к другу. В результате отрицательно заряженные электроны с большой скоростью устремляются к положительному аноду. Чем выше анодное напряжение, тем больше скорость электронного пучка.
Достигнув фокусного пятна, электроны резко тормозятся на нём, и их кинетическая энергия преобразуется в «лучи торможения», что и является рентгеновским излучением. На данное явление впервые обратил внимание немецкий учёный В. К. Рентген в результате эксперимента.
Типы рентгеновских трубок
К настоящему времени разработано большое количество видов рентгеновских трубок в соответствии с условиями их эксплуатации. Они различаются:
Применение
Рентгеновские трубки широко применяются:
Рентгеновская трубка: принцип работы
Рентгеновская трубка – это электровакуумный прибор, генерирующий рентгеновское излучение. Сфера использования рентгеновских трубок:
Как устроена рентгеновская трубка?
Современные трубки имеют следующее устройство: внутри стеклянной колбы с вакуумом впаяны электроды – катод и анод. Они находятся напротив друг друга.
Катод представляет собой спираль из вольфрамовой нити. При подаче на нее тока катод начинает испускать поток электронов, который ускоряется и двигается в сторону анода за счет разности потенциалов между ними. Процесс отрыва электронов с катода называется электронной эмиссией.
Анод действует как мишень для электронов. Попадая на анод, электроны резко тормозятся, и большая часть их кинетической энергии преобразуется в тепловую энергию, а наименьшая часть (около 1%) – в рентгеновское излучение. Оно направлено перпендикулярно оси движению электронов – за счет скошенной поверхности анода.
Для материала анода подбирается тугоплавкий сплав, который, с одной стороны, быстро рассеивает тепло, с другой стороны – максимально эффективно преобразует энергию в рентгеновское излучение. Чаще всего – используется вольфрам, который имеет высокую температуру плавления и сохраняет свою прочность при нагреве.
Участок анода, куда попадают электроны, называется фокусным* пятном. От его размера зависит качество получаемых изображений – чем он меньше, тем резче получается рисунок. Обратной стороной является более быстрое повреждение анода. Чтобы избежать этого, рентгеновские трубки снабжают вращающимся анодом и конструируют с двумя фокусами – большим и малым.
Так как очень большое количество энергии преобразуется в нежелательное тепло, то рентгеновскую трубку снабжают системой охлаждения – водным, воздушным или масляным.
Рентгеновская трубка: принцип работы
Трубки для медицинских рентгеновских аппаратов поставляются с различными характеристиками. При этом трубки для разных видов диагностики и для терапии будут иметь разные показатели.
Путем изменения электрических параметров (напряжение, ток трубки) и времени воздействия можно менять количество и качество рентгеновского излучения, добиваясь тем самым необходимого воздействия на биологические ткани или требуемого качества получаемых изображений.
Например, рентген трубки, используемые для диагностических целей, работают при максимальном напряжении до 150 кВ, а для терапевтических – до 400 кВ. Фокусное пятно трубок для маммографии меньше, чем у трубок для рентгеновских аппаратов.
Большое значение имеют оптические характеристики трубки – размер фокусного пятна определяет разрешающую способность получаемых снимков. При его уменьшении возникает ограничение на максимальную мощность трубки: даже при использовании в качестве мишени анода очень тугоплавкого вольфрама при площади фокуса 1 кв. мм и односекундной экспозиции рассеяться без повреждений анода может не более 200 Вт.
Для продления срока службы анода в практической рентгенографии используют специальные таблицы и графики зависимости размера фокусного пятна, времени экспозиции и мощности, подаваемой на трубку.
*Фокусное пятно – распространенный перевод термина «focal spot» в отечественной литературе. Но более правильным является употребление термина – фокальное пятно.
Рентгеновская трубка
Принцип действия и устройство
Излучающий элемент представляет собой вакуумный сосуд с тремя электродами: катодом, накал катода и анодом.
Энергия генерируемых фотонов лежит в области рентгеновского диапазона (длина волны 0,05 ÷ 0,2 нм).
См. также
Примечания
Полезное
Смотреть что такое «Рентгеновская трубка» в других словарях:
РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА — электровакуумный прибор, служащий источником рентгеновского излучения, к рое возникает при вз ствии испускаемых катодом эл нов с в вом анода (антикатода). В Р. т. энергия эл нов, ускоренных электрич. полем, частично переходит в энергию рентг.… … Физическая энциклопедия
рентгеновская трубка — трубка Рентгеновский прибор для получения рентгеновского излучения бомбардировкой мишени потоком электронов, ускоренных разностью потенциалов между анодом и катодом [ГОСТ 20337 74] рентгеновская трубка Вакуумная трубка, обычно содержащая нить… … Справочник технического переводчика
РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА — электровакуумный прибор для получения рентгеновских лучей. Простейшая рентгеновская трубка состоит из стеклянного баллона с впаянными электродами катодом и анодом (антикатодом). Электроны, испускаемые катодом, ускоряются сильным электрическим… … Большой Энциклопедический словарь
РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА — РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА, вакуумная трубка, служащая источником РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ, используемых в медицинских и иных целях. Состоит из электронной трубки, испускающей пучок ЭЛЕКТРОНОВ, ударяющий в АНОД, рабочая часть которого сделана из тяжелого… … Научно-технический энциклопедический словарь
РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА — электровакуумный прибор для получения рентгеновских (см.); представляет собой стеклянный сосуд с впаянными в него электродами (катодом и анодом), к которым подводится высокое напряжение. Электроны, испускаемые катодом, ускоряются сильным… … Большая политехническая энциклопедия
рентгеновская трубка — электровакуумный прибор для получения рентгеновских лучей. Простейшая рентгеновская трубка состоит из стеклянного баллона с впаянными металлическими электродами – катодом и анодом. В баллоне создаётся глубокий вакуум. К электродам приложено… … Энциклопедия техники
рентгеновская трубка — электровакуумный прибор для получения рентгеновских лучей. Простейшая рентгеновская трубка состоит из стеклянного баллона с впаянными электродами катодом и анодом (антикатодом). Электроны, испускаемые катодом, ускоряются сильным электрическим… … Энциклопедический словарь
рентгеновская трубка — [X ray tube] электровакуумный прибор источник рентгеновкого излучения, например, в камерах для РСА (Смотри также Рентгеноструктурный анализ); Смотри также: Трубка центровая трубка острофокусная рентгеновская трубка стоп … Энциклопедический словарь по металлургии
рентгеновская трубка — rentgeno vamzdis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Roentgen tube; X ray tube vok. Röntgenlampe, f; Röntgenröhre, f rus. рентгеновская трубка, f; трубка Рентгена, f pranc. tube à rayons X, m; tube de Röntgen, m … Fizikos terminų žodynas
Рентгеновская трубка — электровакуумный прибор (См. Электровакуумные приборы), служащий источником рентгеновского излучения. Такое излучение возникает при торможении электронов, испускаемых катодом, и их ударе об анод (антикатод); при этом энергия электронов,… … Большая советская энциклопедия
Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Получаем рентген.
С понедельником всех, будь он проклят. Даю вторую часть.
Как можно видеть, в одноэнергетическом режиме некоторые тест-объекты неразличимы, а вот в двуэнергетическом уже можно понять, где что )
Теперь продолжим тереть за источники. Их мы применяем два вида: рентгеновская трубка и бетатрон. Оба основаны на явлении тормозного рентгеновского излучения.
Обратимся к формулировке из педивикии:
Тормозное излучение — электромагнитное излучение, испускаемое заряженной частицей при её рассеянии (торможении) в электрическом поле.
Отсюда можем понять, что необходимо для получение этого излучения:
— заряженная частица;
— электрическое поле;
— частица затормаживается, значит сначала её нужно привести в движение.
Заряженных частиц в нашей обыденной жизни есть две: протон и электрон. А поскольку ускорение обратно пропорционально массе, то при торможении электрона в том же поле можно получить куда более интенсивное излучение. Да и поток электронов получить намного проще.
Чем же будем тормозить наши электроны? А тормозить мы их будем об атомные ядра! Ну а что? Заряд у них имеется.
Ну а приводить в движение будем электростатическим полем. В сотни киловольт. Иногда в десятки сотен (но это не точно).
В маломощных генераторах используется рентгеновская трубка. Ниже её схематическое изображение.
Картиночка с тормозящим электроном:
Энергия излучения получается из двух составляющих: скорости электрона и заряда ядра. Описывается двумя уравнениями:
А вот так выглядят те самые рентгеновские трубки:
Слева на 100кВ, справа на 160кВ. Анод в процессе работы сильно разогревается и требует охлаждения, поэтому мишень сидит на медном цилиндре и снарузи имеет алюминиевую блямбу. через которую и происходит теплосъём. Например у правой трубке мощность, рассеиваемая на аноде, может достигать 320 Ватт.Излучение выходит через берилиевое окошко (круглая «шайба» внутри второй трубки»). Бериллий почти прозрачен для рентгена и задерживает только совсем уж низкоэнергетическе кванты, которые не дают полезной информации на снимке. Могут применяться и другие материалы, зависит от задачи. Например в мелкой трубке для фильтра применён титановый поясок.
Теперь про бетатрон. Он же «бублик». Основные принципы те же, вот только электроны разгоняются уже не линейно, а циклически. Вот он:
В применяемых нами бетатронах мы получаем энергии электронов до 7,5 МэВ. А самое интересное, что для таких энергий не требуется столь высокого напряжения. Весь секрет в том, что это по сути маленький ускоритель частиц. Он представляет собой стеклянный циклобатон, порытый изнутри проводящим слоем и помещённый в магнитное поле. В него инжектируются электроны. которые собираются в пучок внутри бублика и разгоняются по кругу, на каждом пролёте к ним добавляется ещё немного энергии за счёт ускорения вихревым магнитным полем. Позволю себе слизать формулировку из педивикии:
Бетатрон работает подобно трансформатору, у которого вторая обмотка состоит из одного витка — ускоряемых частиц в камере.
Вот собственно «бочка» и блок питания к ней:
Но давайте рассмотрим эти проблемы по отдельности.
Отливаем защиту, помещаем в неё трубку. Лепота.
Перевернём эту шайтан-трубу:
Управляется генератор с внешнего блока питания и управления. Управляется по двум параметрам: ток трубки и напряжение трубки.
А вот так выглядит генератор в технологическом корпусе:
