5.3.4. Рентгеновская трубка

Трубка состоит из накаливаемого катода, являющегося источником электронов и анода, в веществе которого тормозятся электроны, ускоренные электрическим полем, приложенным к электродам трубки. Возникающее рентгеновское излучение испускается с поверхности анода во все стороны практически равномерно. Для выделения необходимого пучка излучения из общей сферы излучения, активную поверхность анода на которой находится фокус пучка излучения располагают под углом 90- к оси трубки. Угол  составляет от 10 до 17  (рис. 60).

Действительный фокус трубки имеет вид прямоугольника. Различают рентгеновские диагностические трубки с неподвижным и вращающимся анодом. Трубки с неподвижными анодами характеризуются малой мощностью и применяются редко, в основном в маломощных передвижных и переносных аппаратах и в томографах.

Вращающийся анод имеет форму диска установленного на полом медном роторе. Статор двигателя находится снаружи трубки. При вращении анода под электронный луч попадают последовательно элементы фокусной дорожки. Одной из причин применения вращающегося анода является нагрев его фокусного пятна под электронным лучом до температуры 1500 – 2000  С. За время одного оборота она уменьшается в 15 – 20 раз за счет перераспределения теплового поля в глубинные слоя анода. Материалом анода является вольфрам. Ротор асинхронного двигателя приводится во вращение при подаче на обмотку статора переменного напряжения частотой 50 или 150 Гц, что обеспечивает скорость вращения ротора 3000 и 9000 об/мин. Для трубок с n = 3000 об/мин применяются трехфазные и однофазные схемы питания, а для трубок с n = 9000 об/мин – только однофазные.

Рис. 60. Рентгеновская трубка с вращающимся анодом:

а - общий вид трубки; б - образование рентгеновского излучения.

1 - стеклянный баллон; 2 - анодная горловина; 3 - диск анода;

4 - центральная часть; 5 - фокусное пятно анода; 6 - спираль накала;

7 - фокусирующая система катода; 8 - поток электронов;

9 - поток рентгеновских квантов

Катод, расположенный эксцентрично относительно оси трубки представляет собой накаливаемую спираль, помещенную в специальное углубление. В современных трубках обычно имеется две спирали и два фокуса, отличающиеся размерами и мощностью. В двухфокусных трубках фокусные дорожки имеют разные диаметры и располагаются под разными углами.

5.3.5. Рентгеновское питающее устройство

Питающим устройством называется совокупность технических средств для питания электроэнергией рентгеновской трубки.

Основной особенностью питающего устройства является наличие двух режимов работы: просвечивание и снимков.

При просвечивании рентгеновская трубка включается на несколько минут при небольшой мощности (250-500 Вт). При снимках производится кратковременное включение трубки при мощности до 150 кВт и времени выдержки от тысячных долей секунды до нескольких секунд. Работа в режиме снимков требует введения в схему питающего устройства системы коммутации, системы компенсации падения напряжения и защиты трубки от перегрузки.

Кратковременность включения при снимках затрудняет регулирование параметров снимка (напряжение и тока трубки) в момент снимка. Поэтому эти параметры устанавливаются заранее, учитывая ожидаемое падение напряжения от включения нагрузки. Падение напряжения должно компенсироваться соответствующими техническими средствами.

Рассмотри блок-схему питающего устройства РДА (рис. 61).

Питание аппарата осуществляется от электрической цепи общего назначения (одно или трехфазной ) – Vс. Рентгеновская трубка подключается к напряжению питания через выпрямитель В,

Рис. 61. Блок схема рентгеновского аппарата:

РН – регулятор напряжения; Т – тиристорный коммутатор; ГТ – главный повышающий трансформатор; В – выпрямители; РТ – рентгеновская трубка; РВ – реле времени; ТН – трансформатор накала; БН – блок задания тока накала; БЭ – блок экспонометра; Р – объект исследования; РЭ – камера рентгеновского экспонометра; П – пленка; ТП – телевизионная передающая трубка

высоковольтный трансформатор ГТ и регулировочный автотрансформатор РН с помощью контактора (тиристорного коммутатора) Т, управляемого реле времени РВ.

Излучения, генерируемое трубкой, проходит через объект исследования О, датчик автоматического реле экспозиции РЭ и попадает на приемник излучения П (рентгеновскую пленку). Электрический сигнал с датчика РЭ, пропорциональный плотности почернения пленки, поступает в блок реле экспозиции БЭ, где после набора заданной дозы излучения срабатывает устройство, подающее сигнал на отключение контактора Т через реле времени РВ.

Кроме указанных в блок-схеме блоков, в питающее устройство входят следующие устройства.

1. Компенсационное устройство, обеспечивающее до включения трубки учет ожидаемого падения напряжения в сети и в питающем устройстве и коррекцию питающего напряжения сети до номинального значения.

2. Цепи стабилизации напряжения питающей цепи, представляющие собой электромеханическую систему автоматического регулирования, которая с помощью серводвигателя перемещает щетки РН при отклонении питающего напряжения от номинального.

3. Блок падающей нагрузки, обеспечивающий переключение в цепи накала БН и в компенсационном устройстве в соответствии с выбранным законом мощности трубки в процессе снимка.

4. Цепи защиты рентгеновской трубки от перегрузки.

5. Цепи вращения анода.

6. Цепи блокировок и сигнализации.

Цепь питания электроэнергией рентгеновской трубки, состоящая из РН, ГТ и В называется главной цепью питающего устройства.

По схеме соединения элементов главной цепи питающие устройства делятся на следующие виды, отличающиеся формой напряжения на рентгеновской трубке и интенсивностью рентгеновского излучения (рис. 62).

Однополупериодные, не содержащие высоковольтных выпрямителей. В этом устройстве для выпрямления напряжения используется свойство односторонней проводимости рентгеновских трубок – а.

Двухполупериодные по однофазной мостовой схеме выпрямления – б.

Шестифазные с питанием от трехфазной питающей сети по трехфазной мостовой схеме выпрямление – в.

Рис. 62. Цепи питания рентгеновской трубки:

Пояснения к рис. 62

а – форма напряжения на рентгеновской трубке и интенсивность рентгеновского излучения для полуволной схемы выпрямления; б – форма напряжения на рентгеновской трубке и интенсивность рентгеновского излучения при однофазной мостовой схеме выпрямления; в – форма напряжения на трубке и интенсивность рентгеновского излучения при однофазной мостовой схеме выпрямления.

U_C – напряжение сети; U_PT – напряжение на трубке; T – тиристорный контактор; ПТ. – повышающий трансформатор; В – выпрямитель; ГТ – главный трансформатор; РТ – рентгеновская трубка; J₀ – интенсивность излучения выходящего излучателя; J_П – интенсивность излучения, прошедшего через объект исследования

Двенадцатифазные с питанием от трехфазной питающей цепи двух последовательно включенных трехфазных мостовых схем выпрямления. (В таких схемах обеспечивается сдвиг напряжений половин схемы относительно друг друга на 30 электрических градусов).

При переходе к трехфазным схемам выпрямления в 2 раза возрастает интенсивность рентгеновского излучения при равных значениях анодного тока и напряжения. При этом возрастает допустимая мощность трубки с вращающимся анодом и снижаются требования к питающей сети. При использовании трехфазной питающей сети подводимая к трубке мощность распределяется по всем трем фазам равномерно и падение напряжения в каждой фазе оказывается меньшим по сравнению с однофазной схемой равной мощности. Эти преимущества определяют преобладающее распространение трехфазных схем –питания главной цепи.