1. Источники рентгеновского излучения.

Рентгеновские трубки имеют самые различные конструкции, что зависит от области их применения. В медицинской практике в основном используются трубки приведенных конструкций.

Трубка а) используется в маломощных рентгеновских установках. В ней нет специального охлаждения анода. Все трубки представляют собой стеклянные сосуды (колбы), из внутренней полости которых удален газ и остаточное давление составляет 10^-8… 10^-9 мм. рт. ст. Во внутренней полости трубок (1) (рис а, б и в) расположена нить накала (2), которая может иметь плоскую спиральную форму или вид винтовой спирали. Нить накала нагревается до температуры 700-800^о С, при этом из нее происходит эмиссия электронов. Такое явление называется термоэлектронной эмиссией. Нить в форме спирали создает поток электронов круглого сечения, а витая – прямоугольного сечения. Электроны фокусируются с помощью фокусирующего устройства (3) и сжимаются в тонкий электронный луч, который под действием электрического поля, приложенного между нитью накала и анодом (5), движется к мишени (4). За счет поля электроны приобретают высокую энергию. Напряжение, прикладываемое к трубкам может составлять 50-400 кВ.

При ударе о мишень (4) 99% энергии электронов переходит в тепловую, и только 1% создает тормозное рентгеновское излучение. При ударе электронов о мишень имеет место вторичная электронная эмиссия, которая выражается в том, что из мишени выбиваются вторичные электроны, причем 1 электрон способен выбить из мишени от 3 до 10 вторичных электронов. Попадание таких электронов на стекло колбы 1 вызывает электролиз стекла (выделение газа из него) и уменьшение срока работы рентгеновской лампы. Поэтому анод закрывают специальным защитным стеклом (6), которое не допускает попадание вторичных электронов на трубку.

Рентгеновские лампы (рис. б и в) снабжены радиатором (7), который служит для отвода теплоты от анода. Более эффективное охлаждение в лампе (рис в). Здесь анод снабжен трубками (7), по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Чаще других в рентгеновских аппаратах используются трубки с вращающимся анодом (рис г). Здесь анод (5) имеет форму конического диска. Причем этот диск с помощью ротора (8) вращается с угловой скоростью 3000 или 9000 об/мин. Ротор расположен во внутренней полости рентгеновской лампы, а энергия подается от статора (9), расположенного вне колбы. Т.к. в данном случае пучок электронов попадает не на одну и ту же поверхность анода, а на некоторую поверхность кольца, то тем самым происходит интенсивный отвод теплоты от области, на которую попадает пучок электронов. При такой конструкции большую часть времени анод не подвергается облучению и поэтому может работать длительное время.

2. Твердотельный видикон (пзс матрица)

В них используются 2 процедуры: получение аналогового видимого изображения и преобразования этого изображения в цифровое. В настоящее время последняя процедура часто выполняется с помощью твердотельных видиконов (пзс-матрицы). ПЗС – приборы зарядовой связи.

В этих устройствах видимое изображение преобразуется в цифровой кодовый сигнал с помощью различных устройств, но чаще всего с помощью приборов зарядовой связи. Для этого используют матрицы из множества строк, каждая из которых реализована на приборах ЗС.

В основе ПЗС лежит использование МОП - конденсаторов (диодов) и МДП – диодов. МОП – металл оксид п/п, МДП – металл п/п диэлектрик.

Матрица ПЗС прибора содержит n строк, которые могут переключаться с помощью коммутатора строк 2, а выход каждой строки при этом подключается к выходному регистру 3.

Схема одной строки показана на рис, для случая, когда используется двухтактное управление работы матрицы. Из строк слагается общее изображение. Матрицы изготавливают на п/п пластине (обычно кремниевой), на поверхность которой нанесен тонкий слой оксида кремния SiO₂ (диэлектрик), а на поверхность оксида нанесены микроскопические полупрозрачные металлические электроды 3 и 4. При работе каждой строки и матрицы в целом различают 2 периода: экспонирования (засветка) источником внешнего оптического излучения и считывания, возникающего в строках матрицы заряда.

При засветке к электродам 3 и 3' подводится отрицательное напряжение. В случае, когда пластина 1 выполнена из п/п с n малой проводимостью. Тогда в момент засветки образующиеся положительные заряды в теле пластины будут концентрироваться под электронами 3, 3' (пакеты зарядов). Количество электричества зависит от интенсивности освещения участка п/п, над которым находится электрон. Это явление внутреннего фотоэффекта. После этого экспозиция выключается и начинается считывание, при котором поочередно на электродах 4 и 3 меняются значения отрицательных напряжений. На рис. а показан случай, при котором на электродах 4, 4', 4'' напряжение равно 0, а 3, 3' и 3'' отличено от нуля.

В следующий этап работы потенциал на электроде U₁ = 0, а на U₂ - нет. При этом пачки зарядов начинают передвигаться вдоль строки под действием электрического поля слева – направо, и в положении, показанном на рис. б, пачки пакетов зарядов оказываются под электродами 4, 4' и 4''.

В следующий этап работы устройства потенциал электродов 4, 4' и 4'' = 0, а 3, 3' и 3'' – отличен от нуля. Как видно между электронами 3 и 4 связь происходит засчёт заряда. Через несколько циклов пачки зарядов подходят к p-n переходу и открывают его. Т.е. ток, протекающий через p-n переход, будет определяться количеством зарядов, которые несет каждая пачка. Это количество определяется количеством квантов, поступивших каждому электроду в момент засветки. Частота переключения полярности составляет десятки/сотни МГц, поэтому считывание информации происходит с громадной скоростью.

После считывания информации в одной строке коммутатор строк подключает строку 4' и т.д. В результате по этим сигналам образуется изображение. Обычно ПЗС матрицы составляют основы фото/видео камер. Т.е изображение на матрицу посылается из объектива, который направляется на объект съемки.