4.3.2. Высоковольтная часть рентгеновского аппарата

Высоковольтная часть рентгеновского аппарата представляет собой высоковольтный генератор, преобразующий напряжение сети питания в высокое напряжение, необходимое для работы рентгеновской трубки. В состав высоковольтного генератора входят:

• высоковольтный трансформатор;

• трансформатор накала;

• выпрямительные устройства;

• выключатели;

• защитные устройства.

Напряжение между катодом и анодом создается высоковольтным трансформатором, которым повышают напряжение сети до напряжения, необходимого для работы рентгеновской трубки.

Эффективность работы рентгеновских трубок во многом зависит от схемы питания. Анодное напряжение на рентгеновской трубке может быть переменным, пульсирующим или постоянным.

Полуволновая безвентильная схема, используется в переносных рентгеновских аппаратах, выполняемых в виде моноблока (блок-трансформатора). В этом случае рентгеновская трубка служит не только источником рентгеновского излучения, но и выпрямителем подводимого переменного напряжения. Преимущество такой схемы в простоте, небольших размерах и массе; недостаток - в опасности выхода из строя рентгеновской трубки при длительной работе из-за обратной эмиссии электронов с мишени анода. Поэтому такие моноблочные аппараты, как правило, применяются для работы в повторно-кратковременном режиме.

Чтобы исключить обратный ток при перегреве мишени анода, используют полуволновые схемы, в которые включены последовательно с трубкой один или два вентиля, с помощью которых перераспределяется высокое напряжение, и на рентгеновскую трубку во время отрицательного полупериода подается в 2-3 раза меньшее напряжение,

Для питания рентгеновской трубки широко применяется мостовая схема двухполупериодного выпрямления: в первый полупериод ток проходит через одну пару вентилей, во второй полупериод - через другую. Схема удвоения со сглаженным напряжением, в которой используются два конденсатора и два вентиля, позволяет получить практически постоянное высокое напряжение. Каждый конденсатор заряжается поочередно через полупериод до амплитудного напряжения трансформатора. При этом между обкладками конденсаторов, к которым подключена рентгеновская трубка, образуется удвоенное напряжение. Разряд конденсаторов через трансформатор невозможен, т.к. этому препятствуют диоды. В современных рентгеновских аппаратах в схемах питания рентгеновских трубок для уменьшения пульсации при сглаживании напряжения используют схемы на промежуточных частотах 500 Гц и более.

На рис. 4.9 приведена эквивалентная электрическая схема импульсного рентгеновского аппарата из серии «Арина», который в настоящее время находит широкое применение в промышленной дефектоскопии.

Рис. 4.9. Эквивалентная электрическая схема импульсного аппарата.

С1 - конденсатор, К - ключ (первичный коммутатор); Тр - импульсный трансформатор,

С2 - разрядная емкость; Р - разрядник-обостритель, Т - рентгеновская трубка.

При замыкании ключа К предварительно заряженный конденсатор С1 разряжается через первичную обмотку импульсного трансформатора Тр. При этом во вторичной обмотке возникает импульс высокого напряжения длительностью порядка 10^-6с, заряжающий выходную емкость до 100-200 кВ в зависимости от типа аппарата.

Разрядник - обостритель преобразует энергию, накопленную в емкости С2, в импульс высокого напряжения длительностью 10^-6 с, который поступает на рентгеновскую трубку Т.

В импульсных аппаратах из серии «Арина» используется рентгеновская трубка со взрывной электронной эмиссией. В качестве катода в трубке используется вольфрамовая фольга толщиной несколько микрон.

Под действием импульса высокого напряжения очень короткой длительности кромка вольфрамового катода взрывается, образуется облако плазмы, которая является источником электронов. Далее идет ускорение электронов и их торможение, как и в трубках с накальным катодом.

Недостатком импульсных рентгеновских аппаратов является невозможность регулировки энергии радиационного излучения и большой размер фокусного пятна.