Материал: sb000010

Министерство образования и науки РФ

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

А. Ю. Грязнов Н. Н. Потрахов

Применение ускорителей и рентгеновских приборов

Учебное пособие к курсовому проектированию

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2007

УДК 621.384.6

ББК ???

Г???

Г?? Грязнов А. Ю., Потрахов Н. Н.

Применение ускорителей и рентгеновских приборов: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2007. 32 с.

Содержат указания к курсовому проектированию по курсу «Применение ускорителей и рентгеновских приборов». Приведено описание современных принципов конструирования рентгеновских трубок, рассмотрены особенности их производства и применения.

Предназначены для студентов специальности 200300 и направления 654100, а также могут быть полезны инженерно-техническим работникам этой области знаний.

УДК ???

ББК???

Рецензенты: лаборатория технических средств неразрушающего контроля Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (МИРЭА); главный инженер ЗАО «ЭЛТЕХ-Мед» В. М. Мухин.

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний

2

ВВЕДЕНИЕ

Рентгеновская аппаратура занимает одно из ведущих мест в ряду средств, применяемых для изучения строения вещества, неразрушающего контроля качества изделий, радиационной технологии, исследования быстропротекающих процессов и решения других научных и технических задач. Функциональные возможности и технический уровень рентгеновской аппаратуры в значительной степени определяются параметрами используемых в ней источников излучения – рентгеновских трубок.

Исторически первыми областями практического использования рентгеновского излучения стали медицинская диагностика и просвечивание материалов. На начальном этапе развития рентгенотехники для получения теневых картин исследуемых объектов применялись ионные рентгеновские трубки. Работы Р. Лилиенфельда и особенно К. Кулиджа (1912–1913 гг.) привели к созданию электронных трубок с термокатодом, получивших в дальнейшем исключительно широкое распространение.

В настоящий момент благодаря успехам вакуумной техники и технологии рентгеновские трубки значительно усовершенствованы. Развитая номенклатура существующих рентгеновских трубок позволяет решить широчайший спектр практических задач различного рода: в областях рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализа, рентгенографии быстропротекающих процессов, исследования фазового и элементного состава в промышленных и научных целях, контроля качества изделий микроэлектроники и полупроводниковой техники, рентгеновской локации, рентгенолюминесцентной сепарации горных пород, рентгенолитографии и многих других.

Условное обозначение рентгеновских приборов (маркировка) определено в ОСТ 11.073.807–82 «Приборы электровакуумные. Система условных обозначений» и отражает назначение, а иногда и основные параметры приборов. В соответствии с ОСТ условное обозначение включает в себя комбинацию цифр и букв: цифра \ буквы \ цифра \ - цифра.

Первая цифра в обозначении рентгеновских трубок для промышленного просвечивания, структурного и спектрального анализа означает предельную допустимую мощность при длительном включении в киловаттах. Далее следует буква, обозначающая способ защиты от излучения: «Р» – обеспечивается полная защита; «Б» – требуется дополнительная защита элементами кожуха или моноблока аппарата. Следующая буква обозначает область приме-

3

нения: «П» – для промышленного просвечивания; «X» – для спектрального анализа; «С» – для структурного анализа; «М» – для медицинского просвечивания; «Т» – для терапии; «Д» – для дефектоскопии.

Третья буква обозначает характер (способ) принудительного охлаждения: «В» – водяное; «К» – воздушное; «М» – масляное. Отсутствие третьей буквы означает охлаждение естественной конвекцией или лучеиспусканием. Следующая за буквами цифра обозначает порядковый номер прибора в данной группе.

Следующая цифра в обозначении трубок для промышленного просвечивания (пишется через дефис) указывает предельное допустимое анодное напряжение в киловольтах. Последним элементом условного обозначения трубок для структурного и спектрального анализа (пишется через дефис) является символ материала мишени анода. Иногда к стандартному обозначению трубки добавляется римская цифра в скобках, указывающая на внешнее конструктивное оформление прибора (если этого требуют различные конструкции защитных кожухов аппаратуры старых и новых модификаций). Информация о различиях в конструктивном исполнении приводится в паспорте прибора и в рекламных сообщениях.

1. КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ СОВРЕМЕННОЙ РЕНТГЕНОВСКОЙ ТРУБКИ

Основными узлами современной рентгеновской трубки являются катодный узел, вакуумная оболочка и анодный узел.

Катодный узел предназначен для формирования электронного потока заданной формы. Конструкция катодного узла включает в себя токоведущие провода, держатель катода, токоведущие стойки, нить накала, катодный экран и изолятор.

В качестве источника электронов чаще всего используется или прямонакальный термокатод, или автоэлектронный эмиттер. Катод крепится (методом сварки либо механически) к молибденовым стойкам, одна из которых крепится к держателю катода и имеет с ним электрический контакт, а другая механически фиксируется на держателе катода, но отделена от него изолятором. Токоведущие провода подводятся к изолированной стойке и к держателю катода и выводятся за пределы вакуумной оболочки. Для того чтобы из-

4

бежать паразитной эмиссии электронов от токоведущих проводов, к фокусирующему электроду приваривается экран.

Для того чтобы эмитируемый поток электронов имел определенную форму на всем пути от катода до мишени анода, конструкция катодного узла представляет собой электронно-оптическую систему. Эффект фокусировки электронного пучка обеспечивает определенная форма катода (рис. 1.1) и отверстие в катодном экране. К катодам трубок, наряду с общими требованиями к катодам электровакуумных приборов (обеспечивать необходимый и устойчивый ток эмиссии в процессе всего срока службы, хорошо обезгаживаться и не ухудшать вакуум в приборе в рабочих режимах, иметь достаточный срок службы и т. д.), предъявляются специальные требования: стабильности работы при большой напряженности поля на поверхности катода и возможности регулировки тока эмиссии в широких пределах.

Рис. 1.1. Конструкции катодов

Вакуумная оболочка рентгеновской трубки предназначена для отделения вакуумного объема прибора от внешней среды, закрепления электродов в определенном положении и изоляции их друг от друга. Баллон изготавливается методом выдувания в специальные формы, позволяющие формировать необходимую конфигурацию баллона с достаточной точностью (рис. 1.2). Электроды с баллоном соединяются пайкой. При этом собранные на стеклянных ножках катодный и анодный узлы герметично соединяются с баллоном на специальных заварочных станках.

Рис. 1.2. Типы вакуумных оболочек

Средняя часть баллона расширена для увеличения электрической прочности. Это способствует также уменьшению удельной тепловой нагрузки на поверхность стекла за счет теплового излучения с катода и анода. Длина бал-

5