Generator rendgenskih zraka je rendgenska cijev. Moderna elektronska cijev je dizajnirana po jednom principu i ima sljedeći uređaj. Baza je staklena sijalica u obliku kugle ili cilindra, u čije su krajnje dijelove zalemljene elektrode: anoda i katoda. U cijevi se stvara vakuum koji olakšava izlazak elektrona sa katode i njihovo najbrže kretanje.

Katoda je spirala od volframove (vatrostalne) niti, koja je pričvršćena na molibdenske šipke i postavljena u metalnu kapicu koja usmjerava tok elektrona u obliku uskog snopa prema anodi.
Anoda od bakra (brže odaje toplotu i relativno lako se hladi), ima ogromne dimenzije. Kraj okrenut prema katodi seče koso pod uglom od 45-70 °. U središnjem dijelu zakošene anode nalazi se volframova ploča na kojoj se nalazi fokus anode - površina od 10-15 mm2, gdje se uglavnom formiraju rendgenski zraci.

Proces formiranja rendgenskih zraka... Filament rendgenske cijevi - volframova zavojnica katode, kada se na nju dovede struja niskog napona (4-15 V, 3-5A), zagrijava se, formirajući slobodne elektrone oko filamenta. Uključivanje struje visokog napona stvara razliku potencijala na polovima rendgenske cijevi, zbog čega slobodni elektroni jure na anodu velikom brzinom u obliku struje elektrona - katodnih zraka, koji jednom u fokusu anode, naglo se usporavaju, usled čega se deo kinetičke energije elektrona pretvara u energiju elektromagnetskih oscilacija sa veoma kratkom talasnom dužinom. To će biti rendgenski zraci (kočni zraci).

Na zahtjev ljekara i Technics možete podesiti i količinu rendgenskih zraka (intenzitet) i njihov kvalitet (tvrdoću). Povećanjem stepena zagrijavanja volframove niti katode može se postići povećanje broja elektrona, što određuje intenzitet rendgenskih zraka. Povećanje napona primijenjenog na polove cijevi dovodi do povećanja brzine leta elektrona, što je osnova prodornog kvaliteta zraka.

Već je gore navedeno fokus rendgenske cijevi- ovo je područje na anodi gdje elektroni ulaze i gdje nastaju. Veličina fokusa utječe na kvalitetu rendgenske slike: što je manji fokus, to je uzorak oštriji i strukturiraniji, i obrnuto, što je veći, slika objekta koji se proučava postaje mutnija.

Praksa se pokazala oštrijim fokus, brže cijev postaje neupotrebljiva - volframova ploča anode se topi. Stoga su u modernim uređajima cijevi dizajnirane s nekoliko fokusa: malim i velikim, ili linearnim u obliku uske trake s korekcijom ugla anode od 71 °, što omogućava postizanje optimalne oštrine slike pri najvećem električnom opterećenju. na anodi.

Uspješno Dizajn rendgenske cijevi je generator s rotirajućom anodom, koja vam omogućava da se fokusirate na male dimenzije i time produžite vijek trajanja aparata.

Iz potoka katodne zrake samo oko 1% energije se pretvara u X-zrake, ostatak energije se pretvara u toplinu, što dovodi do pregrijavanja anode. Za hlađenje anode koriste se različite metode: vodeno hlađenje, zračno grijanje, hlađenje ulja pod pritiskom i kombinovane metode.

Rendgenska cijev stavlja se u posebno olovno kućište ili kućište sa otvorom za rendgensko zračenje iz anode cijevi. Na izlazu rendgenskog zračenja iz cijevi ugrađuju se filteri od različitih metala, koji filtriraju meke zrake i čine zračenje rendgenskog aparata ujednačenijim.

U mnogim dizajnima Rendgen aparati U kućište se ulijeva transformatorsko ulje koje struji oko rendgenske cijevi sa svih strana. Sve ovo: metalno kućište, ulje, filteri štite kancelarijsko osoblje i pacijente od uticaja rendgenskih zraka.

Otkrivši "- zrake", Rentgen je pažljivim eksperimentima otkrio uslove njihovog formiranja. Otkrio je da ovi zraci nastaju na mjestu cijevi, gdje leteći elektroni koji čine katodni snop kasne, udarajući o zid cijevi. Na osnovu ove okolnosti, Roentgen je dizajnirao i napravio posebnu cijev pogodnu za dobijanje rendgenskih zraka. U svojim bitnim karakteristikama, dizajn rendgenske cijevi je opstao do danas.

Na sl. 302 prikazuje modernu rendgensku cijev. Katoda je debela usijana volframova nit, koja emituje intenzivan tok elektrona (videti Ref. II, § 100), koji se ubrzavaju primenjenim električnim naponom. Katoda je opremljena tantalnom kapom koja fokusira elektrone, budući da se elektroni emituju okomito na površinu katode. Meta je ploča od volframa, platine ili drugog teškog metala utisnuta u anodu (ogledalo anode), koja je napravljena od crvenog bakra za odvođenje toplote. Udarajući u površinu mete, elektroni su zarobljeni i ispuštaju rendgenske zrake. Napon između katode i anode dostiže nekoliko desetina hiljada volti. Kako bi elektroni nesmetano stigli do cilja, rendgenska cijev se evakuiše do visokog vakuuma. Anoda se obično hladi vodom.

Rice. 302. Moderna rendgenska cijev; krug grijanja sa žarnom niti nije prikazan

Delujući na gasove, rendgenski zraci su sposobni da izazovu njihovu jonizaciju (videti tom II, § 92). Tako, postavljajući nabijeni elektroskop blizu rendgenske cijevi, nalazimo da se ona brzo prazni ako se cijev aktivira (slika 303). Razlog za gubitak naboja elektroskopom je taj što se okolni zrak ionizira djelovanjem rendgenskih zraka i postaje provodnik. Jonizujući efekat rendgenskih zraka također se koristi za njihovo otkrivanje i registraciju.

Rice. 303. Jonizujuće dejstvo rendgenskih zraka: 1 - rendgenska cijev, 2 - elektroskop. Eksperiment je uspješan i sa pozitivno i s negativno nabijenim elektroskopom. Joni oba znaka nastaju u zraku pod djelovanjem rendgenskih zraka.

X-zrake, nevidljivo zračenje sposobno da prodre, iako u različitom stepenu, u sve supstance. To je elektromagnetno zračenje sa talasnom dužinom reda 10-8 cm.

Poput vidljive svjetlosti, rendgenski zraci uzrokuju zacrnjenje fotografskog filma. Ova nekretnina je važna za medicinu, industriju i naučna istraživanja. Prolazeći kroz predmet koji se proučava, a zatim padajući na fotografski film, rendgensko zračenje oslikava njegovu unutrašnju strukturu na njemu. Budući da je prodorna moć rendgenskog zračenja različita za različite materijale, dijelovi objekta koji su za njega manje transparentni daju svjetlije površine na fotografiji od onih kroz koje zračenje dobro prodire. Dakle, koštano tkivo je manje transparentno za rendgenske zrake od tkiva koje čini kožu i unutrašnje organe. Stoga će na rendgenskom snimku kosti biti označene kao svjetlije površine, a mjesto prijeloma, koje je providnije za zračenje, može se prilično lako otkriti. X-zrake se također koriste u stomatologiji za otkrivanje karijesa i apscesa u korijenu zuba, te u industriji za otkrivanje pukotina na lajsnama, plastici i gumama.

X-zrake se koriste u hemiji za analizu jedinjenja i u fizici za proučavanje strukture kristala. Snop rendgenskih zraka koji prolazi kroz hemijsko jedinjenje izaziva karakteristično sekundarno zračenje, čija spektroskopska analiza omogućava hemičaru da odredi sastav jedinjenja. Prilikom pada na kristalnu tvar, snop rendgenskih zraka se raspršuje od strane atoma kristala, dajući jasan, ispravan uzorak mrlja i pruga na fotografskoj ploči, što omogućava utvrđivanje unutrašnje strukture kristala.

Upotreba rendgenskih zraka u liječenju raka zasniva se na činjenici da ubija ćelije raka. Međutim, može imati neželjene efekte i na normalne ćelije. Stoga se pri korištenju rendgenskih zraka na ovaj način mora biti izuzetno oprezan.

Primanje rendgenskih zraka

Rendgensko zračenje nastaje kada elektroni koji se kreću velikom brzinom stupaju u interakciju sa materijom. Kada se elektroni sudare s atomima bilo koje tvari, oni brzo gube svoju kinetičku energiju. U ovom slučaju, većina se pretvara u toplinu, a mali dio, obično manje od 1%, pretvara se u energiju rendgenskih zraka. Ova energija se oslobađa u obliku kvanta – čestica zvanih fotoni koji imaju energiju, ali čija je masa mirovanja nula. Rentgenski fotoni se razlikuju po svojoj energiji, koja je obrnuto proporcionalna njihovoj talasnoj dužini. Konvencionalna metoda proizvodnje rendgenskih zraka proizvodi širok raspon valnih duljina koji se naziva rendgenski spektar.

Rendgenske cijevi. Da biste dobili rendgensko zračenje zbog interakcije elektrona sa materijom, morate imati izvor elektrona, sredstva za njihovo ubrzanje do velikih brzina i metu koja može izdržati bombardiranje elektrona i proizvoditi rendgenske zrake potrebnog intenziteta. Uređaj koji sadrži sve to naziva se rendgenska cijev. Rani istraživači su koristili "duboko evakuirane" cijevi tipa modernih cijevi za pražnjenje plina. Vakum u njima nije bio veliki.

Cijevi za plinsko pražnjenje sadrže malu količinu plina, a kada se na elektrode cijevi primijeni velika razlika potencijala, atomi plina se pretvaraju u pozitivne i negativne ione. Pozitivni se kreću do negativne elektrode (katode) i, padajući na nju, izbijaju elektrone iz nje, a oni se, zauzvrat, kreću do pozitivne elektrode (anode) i, bombardirajući je, stvaraju tok rendgenskih fotona.

U modernoj rendgenskoj cijevi koju je razvio Coolidge (slika 11), izvor elektrona je volframova katoda zagrijana na visoku temperaturu.

Rice. jedanaest.

Visoka razlika potencijala između anode (ili anti-katode) i katode ubrzava elektrone do velikih brzina. Budući da elektroni moraju doći do anode bez sudara s atomima, potreban je vrlo visok vakuum, za koji cijev mora biti dobro evakuirana. Ovo također smanjuje vjerovatnoću jonizacije preostalih atoma plina i rezultirajuće bočne struje.

Kada je bombardirana elektronima, volframova antikatoda emituje karakteristične rendgenske zrake. Poprečni presjek rendgenskog snopa je manji od stvarnog ozračenog područja. 1 - elektronski snop; 2 - katoda sa elektrodom za fokusiranje; 3 - staklena školjka (cijev); 4 - volframova meta (antikatoda); 5 - nit katode; 6 - stvarno ozračeno područje; 7 - efektivna žarišna tačka; 8 - bakarna anoda; 9 - prozor; 10 - rasejano rendgensko zračenje.

Elektroni se fokusiraju na anodu pomoću posebno oblikovane elektrode koja okružuje katodu. Ova elektroda se zove fokusiranje i zajedno sa katodom čini "elektronski reflektor" cijevi. Anoda bombardirana elektronima mora biti napravljena od vatrostalnog materijala, jer se većina kinetičke energije bombardirajućih elektrona pretvara u toplinu. Osim toga, poželjno je da anoda bude izrađena od materijala sa visokim atomskim brojem, jer prinos rendgenskih zraka raste sa povećanjem atomskog broja. Kao anodni materijal najčešće se bira volfram čiji je atomski broj 74. Dizajn rendgenskih cijevi može biti različit u zavisnosti od uslova upotrebe i zahtjeva.

Ministarstvo obrazovanja i nauke Ruske Federacije

savezna državna autonomna obrazovna ustanova

više obrazovanje

„NACIONALNO ISTRAŽIVANJE

TOMSKI POLITEHNIČKI UNIVERZITET"

Laboratorijski rad br.1

Supervizor: profesor katedreMMS

Kulkov Sergej Nikolajevič

Učenici grupe 4B21:

A.I. Kondratenko

G.V. Proskurnikov

Dronov A.A.

Tomsk, 2015

Cilj: upoznati, proučiti, kao i steći vještine u rendgenskoj analizi prahova.

Uređaj za rendgenski aparat

Jedna od najefikasnijih metoda za proučavanje strukture kristalnih supstanci je difrakcija rendgenskih zraka.

Radiografija se dijeli na 2 vrste:

1. Rentgenska strukturna analiza (RSTA);

2. X-ray fazna analiza (XRF).

Prva metoda je najopćenitija i informativnija i omogućava vam da nedvosmisleno odredite sve detalje kristalne strukture (koordinate atoma, itd.). Jedan kristal je predmet istraživanja u RStA. Druga metoda omogućava identifikaciju supstance i određivanje nekih parametara kristalne strukture. Predmet XRD istraživanja su polikristalni uzorci.

Rendgen aparat je dizajniran da pretvara električnu energiju u X-zrake. Dizajn rendgenskog aparata zavisi od njegove funkcije, ali generalno se sastoji od izvora zračenja, napajanja, kontrolnog sistema i perifernih uređaja.

Kako radi rendgenski aparat

Aparat se obično napaja iz mreže naizmjenične struje od 126 ili 220 V. Međutim, moderne rendgenske instalacije rade na jednosmjernoj struji znatno većeg napona. S tim u vezi, napajanje uključuje transformator (ili sistem transformatora) i strujni ispravljač (ponekad ispravljač može biti odsutan - pri maloj snazi ​​uređaja). Generator zračenja je rendgenska cijev, jedna ili više.

Upravljački sistem je razvodni uređaj, odnosno centrala koja reguliše rad cijele instalacije. Pored toga, aparat uključuje tronožac (sistem stativa) na koji je pričvršćen generator zračenja. Princip rada instalacije je sljedeći. Naizmenična struja iz mreže se dovodi do primarnog namota transformatora. Viši napon se uklanja sa njegovog sekundarnog namotaja i dovodi do emitera direktno (polutalasne instalacije) ili preko ispravljača - kenotrona. Sjaj katodnog filamenta rendgenske cijevi regulira njen rad. U ovom slučaju ne više od 1% energije dovedene u cijev odlazi u zračenje, ostatak se pretvara u toplinu, prije svega, anoda se zagrijava. Kako bi se izbjegla oštećenja od pregrijavanja, koriste se ili vatrostalni materijali (volfram, molibden) ili se konstruiše poseban sistem hlađenja (vodeno hlađenje, rotirajuća anoda). Moderne rendgenske instalacije opremljene su posebnim uređajima za stabilizaciju struje i zaštitu emitera od preopterećenja. Osim toga, instaliran je sistem za zaštitu drugih od prekomjernog zračenja (kao i od struje visokog napona).

Uređaj sa rendgenskom cijevi

Rendgenska cijev je elektrovakuumski uređaj s izvorom zračenja elektrona (katoda) i metom u kojoj se usporavaju (anoda). Visokonaponski napon za zagrijavanje katode se dovodi preko negativnog visokonaponskog kabela iz filamentnog transformatora, koji se nalazi u generatorskom uređaju. Zagrijana zavojnica katode, kada se na rendgensku cijev dovede visoki napon, počinje izbacivati ​​ubrzavajući tok elektrona, a zatim se oni naglo usporavaju na volframskoj ploči anode, što dovodi do pojave X. -zraci.

Kako radi rendgenska cijev

Slika 1 - Dijagram rendgenske cijevi za strukturnu analizu: 1 - metalna anodna čaša (obično uzemljena); 2 - berilijumski prozori za izlaz rendgenskog zračenja; 3 - termoionska katoda; 4 - staklena boca koja izoluje anodni deo cevi od katodnog; 5 - katodni vodovi, na koje se primjenjuje napon žarne niti, kao i visoki (u odnosu na anodu) napon; 6 - elektrostatički sistem fokusiranja elektrona; 7 - ulaz (antikatoda); 8 - razvodne cijevi za ulaz i izlaz tekuće vode koja hladi ulaznu mlaznicu.

Područje anode na koje padaju elektroni naziva se fokus. U modernim rendgenskim cijevima obično postoje dva fokusa: veliki i mali. U anodi se preko 95% energije elektrona pretvara u toplotnu energiju, zagrijavajući anodu do 2000° i više. Iz tog razloga, kako se trajanje ekspozicije povećava, dozvoljena snaga se smanjuje.

Rentgenska dijagnostička cijev je smještena u kućište obloženo olovom, koje je napunjeno transformatorskim uljem. Kućište ima rupe za spajanje visokonaponskih kablova i izlazni prozor kroz koji se odvodi snop zračenja. Da bi se smanjila doza rendgenskog zračenja u modernim rendgenskim uređajima, na primjer, FMC, na izlazni prozor je pričvršćen uređaj za kolimaciju. Kako bi se isključila pojava oštećenja na anodi rendgenske cijevi, potonja se mora rotirati; za to se na dno kućišta rendgenske cijevi postavlja uređaj za rotaciju anode.

Ubrzo nakon otkrića V.-K. S rendgenskim zracima nove vrste zračenja počelo se aktivno koristiti u medicini u dijagnostičke svrhe. Tako je rođena nova medicinska specijalnost pod nazivom rendgenska dijagnostika. Vrlo novo zračenje, elektromagnetne prirode, u Rusiji i Njemačkoj se zove X-zrake, a u zemljama engleskog govornog područja X-zrake (X-Gau).

Uređaj i princip rada rendgenske cijevi

X-zrake se stvaraju u rendgenskoj cijevi kada se na nju dovede visoki napon. Najčešći moderni model rendgenske cijevi je električni uređaj koji se sastoji od dvije elektrode: katode, izrađene u obliku tanke spirale, i anode, u obliku ploče ili diska, koje su zatvorene u vakumska staklena sijalica. Dakle, između katode i anode postoji prostor bez vazduha. Budući da je proces dobivanja rendgenskog zračenja povezan sa jakim zagrijavanjem elektroda, one su strukturno izrađene od vatrostalnog metala (volframa).

Prije nego što se visoki napon dovede na elektrode, katoda se zagrijava jakom strujom niskog napona (napon 6-14 V, struja 2,5-8 A). U tom slučaju katoda počinje da emituje slobodne elektrone, koji oko sebe formiraju takozvani elektronski oblak, a proces odvajanja elektrona od površine katode naziva se elektronska emisija.

Dijagram rendgenske cijevi: 1 - katoda, 2 - protok elektrona, 3 - žarište anode, 4 - anoda, 5 - motor na osi anode

Kada se na elektrode dovede visoki napon (reda desetina i stotina kilovolti), elektroni koji su se odvojili od katode kroz vakuum počinju da jure ka anodi ogromnom brzinom. Susrećući anodu na svom putu, elektroni počinju udarati o njenu površinu. U tom slučaju se elektroni usporavaju i njihova visoka kinetička energija pretvara u energiju elektromagnetnih valova različitih frekvencija, od kojih se većina raspršuje u obliku toplinskog zračenja. Mala količina energije stvorena usporavanjem elektrona prema anodi (oko 1/1000) napušta rendgensku cijev u obliku rendgenskih zraka. Dakle, rendgensko zračenje je elektromagnetno zračenje kočnog talasa. U ovom slučaju, ona je usmjerena okomito na osu kretanja elektrona u vakuumu rendgenske cijevi. To postaje moguće zahvaljujući posebnom obliku anode, koja ima zakošenu površinu na mjestu kontakta s elektronima koji padaju na nju, nazvanu žarišna točka. Osim toga, kada se na rendgensku cijev dovede visoki napon, anoda u obliku diska počinje da se rotira visokom frekvencijom. Stoga, u različito vrijeme, elektronski snop udara u različite dijelove njegove površine, što štiti anodu od prekomjernog zagrijavanja, ravnomjerno raspoređujući toplinsko opterećenje preko njene površine.

Rendgensko snimanje

Princip dobijanja rendgenske slike organa koji se proučava zasniva se na nehomogenom slabljenju (apsorpciji) snopa rendgenskih zraka kada on prolazi kroz tkiva različite gustine i udari nehomogeno oslabljeno zračenje na prijemni sistem (rendgensko zračenje). film ili fluorescentni ekran).

Sve dijagnostičke slike dobivene medicinskim slikovnim metodama podijeljene su u dvije glavne grupe - analogne i digitalne. Analogne slike se dobijaju na posebnom rendgenskom filmu ili fluorescentnim ekranima primenom metoda klasične rendgenske dijagnostike (rentgen, fluoroskopija, fluorografija, linearna tomografija, tehnike pomoću veštačkog kontrasta).

Šema formiranja rendgenske slike zbog neujednačenog slabljenja rendgenskog zračenja: 1 - izvor rendgenskih zraka, 2 - tijelo pacijenta, 3 - rendgenski film, fluorescentni ekran

Postoje negativne i pozitivne slike istog objekta (organa grudnog koša). Organi i tkiva sa visokom rendgenskom gustinom (kosti, srce, kupole dijafragme) su bijeli na negativnim slikama, a crni na pozitivnim slikama. Prilikom analize radiografija, također je potrebno zapamtiti prisustvo efekta sumiranja. Efekat sumiranja sastoji se u naslaganju slika različitih organa i tkiva koje se nalaze duž prolaska rendgenskog snopa.