2.2. Рентгеновские аппараты

Рентгеновская установка состоит из рентгеновского излучателя, источника высокого напряжения и контрольной аппаратуры (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Структурная схема рентгеновской установки.

Высоковольтный генератор преобразует напряжение сети в напряжение питания рентгеновской трубки. Высоковольтный генератор включает: преобразователи переменного тока в постоянный, конденсаторы для фильтрации и удваивания напряжения, трансформаторы накала рентгеновской трубки, выключатели и защитные устройства.

Контрольно-измерительная часть представляет собой группу приборов, которые служат для изменения и регулирования времени, тока, напряжения и частоты.

Рентгеновский излучатель состоит из рентгеновской трубки (рис. 2.2) и защитного кожуха, заполненного изолирующей средой: трансформаторное масло, воздух или газ под давлением. Лучевая отдача трубки зависит в основном от ускоряющего напряжения и предварительной фильтрации излучения.

С увеличением тока трубки при постоянном напряжении увеличивается интенсивность излучения. Увеличение ускоряющего напряжения при заданном анодном токе изменяет спектр излучения со смещение максимума излучения в сторону коротких волн. Электрические свойства рентгеновской трубки характеризуется ускоряющим напряжением U, анодным током I и током накала I_н.

Оптические свойства рентгеновской трубки определяются формой и размерами оптического фокуса трубки. В настоящее время применяются трубки с круглым или прямоугольным (линейным) фокусом. В рентгеновских трубках с линейным фокусом размеры зоны, в которой электроны взаимодействуют с мишенью, не соответствуют размерам кажущегося фокусного пятна. Эта зона представляет собой прямоугольник, тогда как кажущееся фокусное пятно я вляется квадратом (рис. 2.5).

В радиационной дефектоскопии применяют рентгеновские трубки обычной двухэлектродной конструкции двух- и однополярные; специализированные конструкции с вынесенным полым анодом; с вращающимся полым анодом; импульсные и высоковольтные.

Импульсные рентгеновские трубки предназначены для исследования быстропротекающих процессов. Длительность импульсов – 20 нс. В этих трубках за короткий промежуток времени создается ток 10³ – 10⁵ А. Современные отпаянные двух- и трехэлектродные импульсные трубки с холодным катодом работают по принципу вакуумного пробоя, который развивается под действием автоэмиссии электронов, получаемых из острых краев катода под действием сильного электрического поля. Анод в таких случаях выполняется в виде вольфрамовой иглы, а катод – в виде кольца или диска.

Высоковольтные рентгеновские трубки не могут быть двухэлектродными, так как при высоком ускоряющем поле более 400 кВ наблюдается автоэлектронная эмиссия, электрические пробои, рассеяние и отражение электронов. Поэтому высоковольтные рентгеновские трубки делают секционными, состоящими из катода, промежуточных электродов и полого анода. Полый анод практически полностью улавливает отраженные электроны. Возможность высоковольтного вакуумного пробоя исключена благодаря большому расстоянию между анодом и катодом.

Для дефектоскопии материалов и изделий широко используются рентгеновские аппараты с напряжением 10 – 400 кВ. Контроль легких материалов, пластмасс обеспечивается мягким излучением, а толстостенных изделий и материалов – жестким излучением.

В общем виде импульсный рентгеновский аппарат состоит из пульта управления, высоковольтного генератора и рентгеновской трубки в защитном кожухе (рис. 2.6).

Питание аппарата осуществляется от сети переменного тока 220 В, 50 Гц с помощью сетевого пульта управления и (при соответствующем исполнении аппарата) как от сети, так и от аккумуляторной батареи с помощью универсального пульта управления.

Каждый из пультов управления преобразует соответствующее напряжение питания аппарата в высокое напряжение 10 кВ, которое через высоковольтный кабель подается в блок рентгеновский.

Пульт управления включает в себя повышающий силовой трансформатор Т1 и диодно-емкостной удвоитель напряжения С1, С2, V3…V6.

С выхода пульта управления высокое напряжение через высоковольтный кабель поступает в блок рентгеновский, заряжает его накопительные конденсаторы С1…С3 до напряжения срабатывания коммутирующего разрядника V1. После его срабатывания они разряжаются через первичную обмотку импульсного трансформатора Т. При достижении на его вторичной обмотке напряжения срабатывания разрядника-обострителя V2 последний коммутирует высокое напряжение на рентгеновскую трубку V3.

Амплитуда напряжения рентгеновской трубки составляет 140-170 кВ и определяется напряжением срабатывания разрядника-обострителя. Длительность рентгеновского импульса определяется временем разряда питающей емкости через рентгеновскую трубку и составляет 10^-8 с.

После окончания рентгеновского импульса процесс заряда повторяется вновь. Частота следования рентгеновских импульсов составляет 8 – 9 Гц и зависит от величины напряжения питания. Поэтому, при работе от частично разряженной аккумуляторной батареи время экспозиции следует соответствующим образом увеличивать.

Конструктивно импульсный трансформатор, разрядник-обостритель и рентгеновская трубка объединены в высоковольтный блок, залитый трансформаторным маслом.

В аппарате используется рентгеновская трубка с взрывной эмиссией электронов, не требующая накала и подогрева для подготовки к работе. Напряжение на трубке и ток в ней не регулируются.

Время экспозиции аппарата устанавливается с помощью одного из двух таймеров экспозиции К2 и К3, расположенных на лицевой панели пульта управления. Подключение нужного таймера производится тумблером S3. Установка требуемого времени экспозиции осуществляется совмещением лимба шкалы с нужным делением.