Аппараты для смв-терапии

Аппараты для СМВ - терапии представляют собой магнетронные генераторы, работающие на выделенной частоте 2375 МГц2%.

Магнетрон – это прибор, совмещающий функции электронной лампы и колебательного контура. Он представляет собой вакуумную камеру с двумя электродами катодом и анодом, между которыми приложено постоянное напряжение. В качестве колебательной системы в магнетроне служат расположенные в его аноде цилиндрические полости, являющиеся объемными резонаторами. Магнетрон помещается в постоянное магнитное поле, перпендикулярное постоянному электрическому полю между катодом и анодом. Эмитируемые катодом электроны находятся под одновременным действием постоянного электрического и магнитного полей, а также переменного электрического поля, образующегося в резонаторах.

Передача энергии осуществляется с помощью петли связи, расположенной в одном из резонаторов.

Магнетрон имеет цилиндрический корпус (анод) 1 с ребристым pа диатором 2 для охлаждения. К аноду привинчен фланец 4, с помощью которого магнетрон крепится между полюсами постоянного магнита. Над фланцем находятся два вывода 3 подогревателя катода, с одим из которых соединен катод. Высокочастотный вывод энергии 5 имеет разъем для подключения гибкого коаксиального кабеля, соединяющего магнетрон с излучателем. Со стороны, противоположной выводам подогревателей в защитном колпаке находится геттер ( вакуумная камера с газопоглотителем

В центре магнетрона на выводах накала крепится цилиндрический катод 1. Медный анод 2 имеет 12 расположенных по окружности резонаторов 3, соединенных через один связками 4. Связки обеспечивают правильную фазировку (через 180 град) высокочастотного поля в резонаторах.

Петля 5 связи с нагрузкой одним концом приварена к стенке резонатора, а другим соединена с внутренним проводником коаксиального вывода энергии, заканчивающимся гнездом 6. Цилиндрический наружный проводник вывода энергии (на рисунке не показан) навинчивается на приваренную к анодам резьбовую втулку 7.

Через два приваренных к аноду штуцера со стеклянными баллонами проходят выводы накала 8. В стеклянном баллоне 9 находится газопоглотитель (геттер).

Принцип работы магнетрона можно пояснить следующим образом. Электроны, эмитируются из катода в пространство взаимодействия, где на них воздействует постоянное электрическое поле анод-катод, постоянное магнитное поле и поле электромагнитной волны. При отсутствии поля электромагнитной волны электроны двигались бы в ортогонально расположенных электрическом и магнитном полях по эпициклоиде. Эпициклоида – это кривая, которую описывает точка на круге, катящемся по внутренней поверхности окружности большего радиуса. При высокой напряженности магнитного поля электрон, движущийся по этой кривой, не достигает анода, что соответствует магнитному запиранию диода.

В режиме магнитного запирания некоторая часть электронов движется по эпициклоидам в пространстве анод-катод. Под действием собственного поля электронов, а также шумовых эффектов в электронном облаке возникают области неустойчивости, которые приводят к генерации электромагнитных колебаний, эти колебания усиливаются объемными резонаторами. Электрическое поле возникшей электромагнитной волны может замедлять или ускорять электроны. Если электрон ускоряется полем волны, то радиус его эпициклоидного движения уменьшается и он отклоняется к катоду. При этом энергия передаётся от волны к электрону. Если же электрон тормозится полем волны, то его энергия передаётся волне, при этом радиус эпициклоидного движения электрона увеличивается, и он получает возможность достигнуть анода.

Поскольку электрическое поле анод катод совершает положительную работу, только если электрон достигает анода, энергия всегда передаётся от электронов к электромагнитной волне. Однако, если скорость вращения электронов вокруг катода не будет совпадать с фазовой скоростью электромагнитной волны, один и тот же электрон будет попеременно ускоряться и тормозиться волной, в результате эффективность передачи энергии волне будет небольшой. Если средняя скорость вращения электрона вокруг анода совпадает с фазовой скоростью волны, электрон может непрерывно находиться в тормозящей области, при этом передача энергии от электрона к волне наиболее эффективна. Такие электроны группируются в сгустки, так называемые «спицы», вращающиеся вместе с полем. Многократное, в течение ряда периодов, взаимодействие электронов с электромагнитным высокочастотным полем и фазовая фокусировка в магнетроне обеспечивают высокий коэффициент полезного действия и возможность получения больших мощностей.

При работе в режиме большой мощности (для задач физиотерапии 150-200вт) индукция магнитного поля в магнетроне составляет 1800 Гаусс, в режиме малой мощности (20вт)— 1000 гаусс. Соответственно анодное напряжение магнетрона находится в пределах 1,8…2кВ и 0.8…1.2кВ.

1 Тл=10⁴ Гс.

Особенностью работы магнетрона в режиме большой мощности является интенсивная обратная бомбардировка катода электронами. При этом происходит дополнительный разогрев катода, что снижает его долговечность. Для того чтобы температура катода находилась на одном уровне, напряжение накала должно уменьшаться при увеличении анодного тока. Зависимость напряжения накала от величины анодного тока представлена на графике

Магнетроны этого типа используются в аппаратах мощностью до 150…200Вт с дистанционными излучателями (Луч-58) и в аппаратах мощностью до 20Вт с контактными излучателями (Луч-2).

Аппараты имеют однотипные схемы, выполненные на магнетроне М-62, регулировка выходной мощности производится изменением питающего напряжения в пределах 800-1200В для аппарата “Луч-2” (при значении индукции магнитного поля порядка 100 МТ) и в пределах 1800-2100В для более мощного аппарата (значение индукции магнитного поля 180 МТ). При этом в аппарате “Луч-58” одновременно с увеличением величины питающего напряжения производится уменьшение тока накала магнетрона, так как обратная бомбардировка катода производят его дополнительный разогрев.

В комплект контактных излучателей к аппарату “Луч-2” входят круглые волноводы диаметром соответственно 15, 20 и 35 мм, заполненные высокочастотной керамикой, а также излучатель диаметра 85 мм без керамического заполнения, применяемый для облучения сравнительно больших участков тела.

В комплект аппарата “Луч-58” входят три волновода круглого сечения диаметрами 90,110 и 140 мм и прямоугольный 300х90х90мм. Каждый излучатель представляет собой отрезок волновода замкнутого с одного конца и открытого с другой. Волновод возбуждается с помощью штыря, представляющего собой выступающий из конца коаксиального кабеля его центральный проводник. Выходное отверстие волновода закрыто крышкой из высокочастотного диэлектрика.