Источники ионизирующих излучений

Источники рентгеновского излучения

Рентгеновские аппараты.

Рентгеновским аппаратом называют совокупность технических средств, предназначенных для получения и использования рентгеновского излучения. Основными составляющими рентгеновского аппарата являются рентгеновский излучатель, питающее устройство и пульт управления.

Рентгеновский излучатель представляет собой высоковольтное устройство, состоящее из рентгеновской трубки и защитного кожуха, в котором размещена трубка. Конструкция излучателя гарантирует защиту обслуживающего персонала от рентгеновского излучения и поражения электрическим током, а также обеспечивает электрическую прочность устройства и охлаждение трубки.

Рентгеновская трубка (рис. 3.7) представляет собой баллон с впаянными в него электродами: катодом и анодом. Давление остаточных газов внутри баллона составляет порядка 10 ⁴ Па.

Эмитируемый катодом пучок электронов фокусируется на определенный участок анода (мишени) в результате выбора соответствующей формы катода или при помощи средств электронной оптики. Форма сечения электронного пучка зависит от конфигурации нити накала катода. Нити накала в виде плоской спирали соответствует круглое сечение, а цилиндрическая нить формирует пучок прямоугольной формы.

По размеру фокусного пятна различают рентгеновские трубки:

• а) стандартные, у которых размер фокусного пятна Ф > 0,4 мм;
• б) мини-фокусные (Ф = 0,1—0,4 мм);
• в) микрофокусные (Ф < 0,1 мм).

Технические характеристики некоторых рентгеновских трубок приведены в табл. 3.3.

КПД рентгеновской трубки определяется отношением мощности рентгеновского излучения со сплошным спектром к потребляемой мощности рентгеновской трубки.

где с — коэффициент, равный 1,4−10^-7 (В^-1); Z_a — порядковый номер материала анода; <_а — анодный ток рентгеновской трубки (mA); U — анодное напряжение (В).

Рис. 3.7. Схема рентгеновской трубки:

1 — катодный узел; 2 — фокусирующий электрод; 3 — нить накала; 4 — корпус трубки (металлический или стеклянный баллон, с остаточным давлением порядка 10~* Па); 5 — поток электронов; б — анодный узел; 7 — анод (мишень)

Таблица 3.3

Из формулы (3.17) видно, что для повышения КПД рентгеновской трубки следует применять аноды из металлов с большим атомным номером и увеличивать анодное напряжение. В целом, эффективный КПД рентгеновских трубок очень низок и составляет, например, для случая изготовления анода из вольфрама с Z_a = 74 при U = 100 кВ — 1%, при ?/ = 400 кВ — 4%, при Ц_л = 1000 кВ — 10%.

Остальная часть энергии электронов превращается в тепловую, которую требуется отводить от анода в целях повышения его долговечности путем охлаждения (водой, трансформаторным маслом).

Контроль сварных соединений проводится с помощью рентгеновских аппаратов, основным элементом которых является рентгеновская трубка, или гамма-дефектоскопами.

Технологические возможности просвечивания при использовании рентгеновских аппаратов представлены в табл. 3.4.

Рентгеновские аппараты промышленного назначения могут работать либо в непрерывном, либо в импульсном режимах. Марки и технические характеристики некоторых рентгеновских аппаратов непрерывного действия представлены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Рентгеновские аппараты непрерывного действия бывают двух видов:

• 1) моноблочные;
• 2) кабельные.

Моноблочные рентгеновские аппараты с постоянной нагрузкой. У этих аппаратов трансформатор высокого напряжения и рентгеновская трубка находятся в одном блоке. Они передвижные, легкие и компактные. Предназначены для фронтального и панорамного просвечивания в условиях цеха и на монтаже. Характеристики некоторых моноблочных аппаратов приведены в табл. 3.6.

Таблица 3.6

Кабельные рентгеновские аппараты. У кабельных аппаратов рентгеновская трубка, высоковольтный трансформатор и пульт управления соединены друг с другом с помощью высоковольтных кабелей. Они могут быть передвижными и стационарными. Характеристики некоторых кабельных рентгеновских аппаратов приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7.

Типовые схемы питания рентгеновских аппаратов представлены на рис. 3.8. В портативных аппаратах-моноблоках используют рентгеновские трубки с полуволновой схемой без выпрямителя (рис. 3.8,а). В некоторых аппаратах стационарного исполнения используют секционированные рентгеновские трубки, состоящие из катода, промежуточных электродов и полого анода также с полуволновой схемой питания без выпрямителя. В этих аппаратах на трубку подается ток непосредственно от трансформатора высокого напряжения. Рентгеновская трубка пропускает ток только в одном направлении в течение первого полупериода, а затем в процессе второго полупериода она запирает ток, работая как выпрямитель. Применение подобной схемы сокращает срок службы трубки, но простота устройства аппарата компенсирует этот недостаток.

В аппаратах кабельного типа, как правило, используют полуволновые схемы с выпрямителем (рис. 3.8, б), полуволновые схемы с выпрямителем и конденсатором (схемы удваивания напряжения) (рис. 3.8, в) и схемы удваивания со сглаженным напряжением (рис. 3.8, г). Использование выпрямителей позволяет подавать на трубку сглаженное выпрямленное напряжение. Это способствует получению максимальной выходной мощности излучения. Применение схем удваивания с двумя выпрямителями и двумя конденсаторами позволяет в 2 раза увеличить напряжение на трубке по сравнению с полуволновой схемой, снабженной одним выпрямителем.