Рентгеновская трубка устройство

Рентгеновская трубка - электровакуумный прибор с источником излучения электронов (катод) и мишенью, в которой они тормозятся (анод). Высоковольтное напряжение для разогрева катода подается через минусовой высоковольтный кабель с накального трансформатора, который находится вгенераторном устройстве.

Катод рентгеновской трубки представляет собой спираль из тугоплавкой вольфрамовой нити, которая закреплена на молибденовых стержнях и помещается в металлический колпак, который направляет поток электронов в виде узкого пучка в направлении анода.

Анод изготавливается из меди (т.к этот металл способен быстро отдать тепло, а значит и охладиться), анод имеет достаточно массивные размеры, его конец, направленный к катоду, срезается под углом 45—70°. В центральной части скошенного анода размещена вольфрамовая пластинка, на которой находится фокус анода — участок 10—15 мм2, где в основном и генерируются рентгеновские лучи.

Устройство рентгеновской трубки

Накаленная спираль катода, при прикладывание к рентгеновской трубке высокого напряжения, начинает выбрасывать ускоряющийся поток электронов, а затем они резко тормозятся на вольфрамовой пластинке анода, что и приводит к появлению рентгеновских лучей.

Принцип работы рентгеновской трубки
Рентгеновская трубка с вращающимся анодом (а — общий вид, б — образование излучения): 1 — колба; 2 — анодная горловина; 3 — вращающийся диск анода; 4 — фокусное пятно анода; 5 — спираль накала катода; 6 — фокусирующая система катода; 7 — поток электронов; 8 — поток рентгеновских квантов; 9 — видимый размер фокуса со стороны рабочего пучка; 10 — рабочий пучок излучения; α — угол наклона анода к оси рабочего пучка излучения.

Площадь анода, на которую попадают электроны, называют фокусом. В современных рентгеновских трубках обычно имеется два фокуса: большой и малый.

В аноде свыше 95% энергии электронов превращается в тепловую энергию, нагревающую анод до 2000° и более. По этой причине с увеличением длительности экспозиции допустимая мощность снижается.

Рентгеновскую трубку размещают в просвинцованном кожухе, который заполнен трансформаторным маслом. В кожухе имеются отверстия для подсоединения высоковольтных кабелей и выходное окно, через которое выводится пучок излучения. Для минимизации дозы рентгеновского излучения в современных рентгеновских аппаратах, например ФМЦ на выходном окне крепится устройство коллимации.

Для того, чтоб исключить появление на аноде рентгеновской трубки повреждений, последний должен вращаться, для этого внизу кожуха рентгеновской трубки размещается устройство вращения анода

Справочные данные на рентгеновские трубки

0,2БДМ7-50 нашла применение в дентальных рентгеновских аппаратах 5Д2

Рентгеновская трубка1,6 БДМ13-90 используется в моноблоках различных рентгеновских аппаратов, собранных по безвентельной схеме с заземленной средней точкой. Напряжение поданное на трубку не должно быть более 110 кВ, а моноблок должен быть заполнен трансформаторным маслом

1БТВ4-100 используется в близкофокусной терапии

1,7БДМ18-100 - используется в передвижных рентгеновских комплексах 10Л6-01, 10Л6-011, ее аналоги: GX-303; 1,6БДМ13-90; 1,6БДМ9-90

2-20-БД14-15 и 2-20-БД14-150 с малым и большим фокусом, а также с вращающимся анодом (со скоростью 2700-3000 оборотов в минуту)с мишенью из вольфрама, используется в диагностических рентгеновских аппаратах

2,5-30БД29-150 установлена в рентгеновских аппаратов 12Ф7, 12Ф9, Проскан(2-20-БД14-150; МДВ-010)

4БПМ8-250 используется в медицинских рентгеновских аппаратах РУМ-17, РУП (РАП) 150-300-10-1 и в медицинской терапии, ее аналог Ronix G250/200, 2,5БПМ4-250, 4БДМ3-250, 1,5БПМ1-200 и 3БТМ1-300

Инструкция по эксплуатации рентгеновских трубок с вращающимся анодом

Сборочный чертеж рентгеновского излучателя РУМ-20 c 2-30БД11-150

X-ray tubeС100, C100XT применялась в ФМЦ

Рентгеновские трубки технического назначения

Небольшая книжка о физических процессах происходящих в рентгеновских трубках, о спектрах рентгеновского излучения, взаимодействие рентгеновского излучения и о многом другом.

Условные обозначения рентгеновских трубок

Первая цифра — предельно допустимая мощность трубки (в кВт)

первая буква определяет защиту от излучения (Р — самозащитная; Б — в защитном кожухе; отсутствие буквы означает отсутствие защиты)

вторая буква определяет назначение Р. т. (Д — диагностика; Т — терапия); третья буква указывает систему охлаждения (К — воздушное радиаторное охлаждение, М — масляное, В — водяное, отсутствие буквы означает охлаждение лучеиспусканием)

последняя цифра соответствует предельно допустимому анодному напряжению в киловольтах. Так, например, 3-БДМ-2-100 — трехкиловаттная диагностическая трубка с масляным охлаждением (радиаторным) на 100 кв для работы в защитном кожухе (условный номер типа — 2); трубка — 1-Т-1-200 — терапевтическая без защиты с охлаждением лучеиспусканием, мощностью 1 кет на напряжение 200 кв (условный номер типа — 1)

Описание работы рентгеновских трубок

Рентгеновская трубка - это вакуумная труба, работающая с электрической точки зрения как диод, способный работать в режиме пространственного заряда. Когда высокое напряжение применяется между анодом и катодом рентгеновская трубка производит эмиссию рентгеновского излучения всего на половину площади больше поверхности мишени анода. По этой причине трубка должна использоваться внутри экранированной упаковки, кожуха, который ограничивает нежелательную часть рентгеновского излучения, выводя только полезные рентгеновские лучи через порт вывод кожуха.

В дальнейшем полезные лучи должны быть ограничены при помощи стационарного или передвижного коллиматора, который хотя не является частью кожуха, но должен обязательно применяться вместе с кожухом для продолжительного экранирования утечки излучения.

Кожух также обеспечивает защиту от высокого напряжения, возникающего между анодом и катодом через высоковольтные кабели идущие из повышающего трансформатора вместе со спрямляющим мостом, обычно называемым генератором.

Образование рентгеновского излучения требует больших затрат энергии, большая часть которых обращена на разогрев рассредоточенных внутри трубки элементов.

Энергия, идущая на трубку, сначала сосредотачивается на фокусе (это длится миллисекунды), затем распределяется по всему следу фокусного пятна на аноде (на доли секунды), затем собирается на поверхности анода (от нескольких секунд до нескольких минут), позднее энергия передается в виде горячего излучения на непроводящее электричество масло, которое содержится в кожухе трубки, и на металлические стенки кожуха, и оттуда энергия выходит наружу в виде естественной конвекции или принудительной вентиляции (доли часа).

Такой тепловой обмен нагревает элементы трубки до экстремальной температуры, которая должна быть сохранена в определённых пределах, чтобы избежать разрушения трубки.

Температура фокуса и следа фокусного пятна на аноде контролируется при помощи установки определённого напряжения и времени излучения, которые подаются с генератора под ограничением максимальных загрузочных факторов, которые высчитываются при помощи специальных таблиц нагрузочных характеристик.

Температура анода определяется правильной экспозицией, чтобы соблюсти отношение времени охлаждения, как функции энергии экспозиции. Контроль над временем охлаждения должен обеспечиваться оборудованием, имеющем родное программное обеспечение, при помощи схемы моделирования накопленного тепла, или в отсутствии такой функции, при помощи тщательного и консервативного планирования рабочего расписания, составленного персоналом, работающим на данном оборудовании, на основе чередования волн нагревания и охлаждения анода.

Температура кожуха контролируется аналогичным, что и для анода, способом чередования времени охлаждения. В этой связи рабочие циклы рассчитываются с большими интервалами из расчёта половины рабочего дня на основе волн охлаждения и нагревания кожуха. Расчет энергии должен включать энергию, которая подаётся на статор для ускорения ротора, она может достигать порядка 10 кДж за каждый цикл при высокоскоростных операциях.

Только для регулировки температуры кожуха в трубке есть три безопасных устройства: внешний температурный переключатель, внутренний переключатель недоступный для пользователя и микропереключатель на масленом расширении. Эти устройства не предназначены для замещения автоматического или ручного управления временем охлаждения, но они необходимы в качестве последнего уровня безопасности и никогда не используются во время обычной работы.

Необходимо подчеркнуть, что на самой трубке нет подобных устройств безопасности для ограничения температуры на фокусе, на следе фокусного пятна и на аноде. Поэтому для безопасности пациентов и целостности трубки необходимо обеспечивать контроль над циклами энергии, идущей с генератора.

Анодный ток, который контролирует интенсивность излучения трубки, находится под управлением тока накала, получаемого в результате эмиссионных волн. Из-за конструкции трубки значение устойчивости тока накала, который задаёт определенное значение анодного тока, сравнительно широко (примерно 3% от тока накала). По этой причине эмиссионные волны могут использоваться при первоначальной установке операций и не могут изменять индивидуальную калибровку трубы при каждой установке.

Предварительное программирование системы, содержащей информацию об эмиссии накаливания, также должно давать возможность калибровать накаливание на одном уровне. Полезное излучение фильтруется при помощи структурных материалов самой трубки (стекло, масло, пластические материалы). Однако эта неотъемлемая фильтрация недостаточна для ограничения низкой энергии части рентгеновского излучения, так называемых мягких рентгеновских лучей, которые вредны для пациентов и не передаются для создания изображения.

То же самое происходит и с берилловыми оконными трубками, в основном трубки для маммографии, которые излучают большое количество мягких рентгеновских лучей. По этой причине необходимо разместить дополнительный фильтр на полезном луче, что обеспечит соответствие подходящим регулировкам в то время, когда учитываются все помещённые материалы (коллиматор, компрессор и т.д.).

Часть дополнительной фильтрации обычно присутствует на трубке, а получение полной фильтрации – это задача установщика.

Рентгеновские лучи, тем не менее, вредны для пациентов. Так как оценить пользу и вред от рентгеновского излучения может только человек, то работать на рентгеновском оборудовании должен квалифицированный персонал под контролем рентгенолога.

Безопасность рентгеновских трубок в соответствии с европейским стандартом

Сборка рентгеновской трубки является пассивным компонентом, который не способен ограничивать энергию, идущую от генератора. По этой причине контрольная панель генератора должна соответствовать нормам, которые требуют, чтобы при любой неисправности не допускалось бесконтрольное энергоснабжение, которое может послужить причиной взрыва трубки и большой опасности для пациентов и обслуживающего персонала.

Система должна предоставлять совокупность средств безопасности, которые не допустят применение высокого напряжения внутри трубки в случае активации температурных средств безопасности.

По физическим причинам устройства, отвечающие за безопасность трубки, не будут эффективными в следующих случаях:

- в случае перегревания анода (этот инцидент должен быть предупреждён при помощи управления временем охлаждения или автоматической системой, как это описывалось выше);

- в случае, когда поломка оборудования приводит к невозможности вмешательства устройств безопасности кожуха трубки (этого можно избежать в том случае, когда конструкция оборудования совместима с его автоматическим регулированием).

В случае создания нового оборудования или замене старой трубки на новую, сделанную другим способом необходимо проверить, чтобы цепь накала обеспечивала напряжение и ток питания, как это требуют накальные характеристики и кривые эмиссии, включая диапазон калибровки, который требуется отклонениями накала.

Стартер рентгеновской трубки

Статор должен обеспечивать напряжение и ток, и обнаруживать короткое замыкание или размыкание цепи в цепи статора, что задерживает возникновение высокого напряжения в трубке.

Электрическая цепь статора должна быть изолирована от сети в соответствии с европейским стандартом 601.1.

Время разгона статора должно ограничиваться временем, необходимым для достижения незначительной скорости, к тому же время разгона сокращается до установочного значения для того, чтобы ограничить бесполезное нагревание статора и трубки.

По той же причине количество циклов разгона должно быть ограничено значением, которое указано в спецификации и желательно, чтобы это было сделано посредством регулирования времени циклов.

Опасность нагревания статора в результате повторяющихся циклов особенно высока во время калибровки оборудования. Статор может быть надолго выведен из строя в результате небрежного повторения циклов разгона во время калибровки, что создаст условия для потенциальных неисправностей во время обычной работы оборудования. Поэтому было бы весьма полезным, чтобы на уровне конструкции трубки и в инструкции по её установке была предусмотрена возможность включения продолжительного вращения во время калибровки. Также этот способ является более целесообразным при обычной работе трубки, когда время снимка превышает одну экспозицию в минуту.

Предварительная проверка: поднакал, накал, вращение рентгеновской трубки

Проверьте путём замера тока первичной обмотки трансформатора накала и коэффициента трансформации, что ток поднакала находится между 2 и 3 А. Очень высокий ток поднакала приведёт к испарению нити накала, к металлизации стекла и к сокращению жизни трубки.

Проверьте, что при подготовке графии правильно выбраны большой и малый накал, чтобы предотвратить перезагрузку следа фокусного пятна в случае неверного выбора фокуса.

ВНИМАНИЕ! Для проведения этой проверки необходимо заблокировать высокое напряжение, чтобы избежать риска попадания под излучение на небольшом расстоянии.

Проведите кратковременное ускорение вращения, чтобы проверить правильность направления вращения, т.е. вращение анода должно быть против часовой стрелки, если смотреть на анод со стороны катодного конца.

Проверьте, что полная скорость ротора достигается при обычном цикле ускорения. На трубках РТМ типа скорость ротора может быть измерена при помощи измерения частоты напряжения обратной связи ротора на обмотке статора. При проведении этого измерения необходимо отсоединить стартёр от статора, и это позволит ротору вращаться по инерции

Ежедневный прогрев рентгеновской трубки

Если Вы будете давать большую нагрузку на трубку при холодном аноде, это приведёт к преждевременному износу фокуса, т.к. материал анода становится хрупким при комнатной температуре, поэтому поверхность анода намного легче повредить во время горячего цикла, осуществляемого установленной нагрузкой.

Несмотря на то, что вопросы безопасности и исполнительности часто являются преобладающими для диагностики, тем не менее, более важным для функционирования трубки является нагревание. Обычно оно применяется в установках компьютерной томографии, когда трубка не работала в течение более 3 часов и работала при высокой мощности. Если в программном обеспечении оборудования не содержится процедура нагрева, необходимые для этого данные можно получить в первой части процедуры выдержки трубки.

Обнаружение неисправностей

Обычно неисправности трубки (пробои высокого напряжения, отсутствие накала, поломка статора) обнаруживаются устройством безопасности оборудования.

Тем не менее, необходимо предпринимать превентивные меры каждый раз, когда раздается неестественный шум из трубки или из других частей, где есть высокое напряжение (кабели, генератор), так как это может означать неисправность. При таких обстоятельствах немедленно приостанавливайте съёмку, выключайте подачу электроэнергии на оборудование и пациент должен покинуть неисправный аппарат, затем свяжитесь с сервисным инженером и следуйте его инструкциям.

Проведите такие же незамедлительные действия самостоятельно или через сервисного инженера, если какой-либо из подвешенных грузов (кожух или коллиматор) демонстрирует нестабильное закрепление.

Высоковольтные пробои на землю. В случае поломок трубки или поломок других высоковольтных частей, пробои могут происходит между частями, соприкасающимися с высоким напряжением, и металлическим кожухом трубки, который обычно находится на потенциале земли. Опасность состоит в возможности поражения электрическим током пациентов, лаборантов или установщиков.