п 9 методичка РК (1). НрСлтан аласы Товарищество с ограниченной ответственностью Казахстанский центр обучения
 Скачать 2.53 Mb.
|
|
Лекционный материал «Радиографический контроля» Обозначение документа МК РК Дата введения в действие 22.11.2021 Страница 26 из 107 Рис. 1. Ионная рентгеновская трубка с воздушным охлаждением и газовым регенератором. Рис. 2. Рентгеновская трубка Лилиенфельда. Современная рентгеновская трубка представляет собой высоковольтный вакуумный диод (с двумя электродами — катодом и анодом). Катод рентгеновской трубки содержит тугоплавкую нить накала, обычно из вольфрама. В двухфокусных диагностических рентгеновских трубках, предназначенных для разных режимов работы, катод содержит две нити накала для каждого из фокусов. Нити накала, как правило, выполнены в виде цилиндрической или плоской спирали (рис. 3, 1 и 2) соответственно для линейчатого или круглого фокуса. Рис. 3. Катоды двухфокусных электронных рентгеновских трубок: 1 — с двумя цилиндрическими спиралями нити накала; 2 — с двумя плоскими спиралями нити накала. Анод рентгеновской трубки обычно выполнен в виде массивного медного чехла, Товарищество с ограниченной ответственностью «Казахстанский центр обучения и аттестаций в области неразрушающего контроля и сварки» Лекционный материал «Радиографический контроля» Обозначение документа МК РК Дата введения в действие 22.11.2021 Страница 27 из 107 обращенного к катоду скошенным торцом, в толщу которого впаяна вольфрамовая пластинка толщиной 2—2,5 мм (зеркало анода), являющаяся мишенью, куда фокусируется поток электронов с катода, и представляющая, таким образом, рентгенооптический фокус трубки. Имеются рентгеновские трубки для специальных целей, например для внутриполостной рентгенотерапии (рис. 4), в которых анод является дном полого цилиндра, вводимого в соответствующую полость. Рис. 4. Безопасная рентгеновская трубка для внутриполостной рентгенотерапии: 1 — катод; 2 — анодная трубка; 3 — окно выхода рентгеновых лучей; 4 — анодный цоколь; 5 — водяная рубашка; 6 — патрубки охлаждения. С целью повышения разрешающей способности современных диагностических трубок фокусу рентгеновской трубки уделяется большое внимание, так как чем острее фокус, тем резче рентгеновское изображение. При оценке рентгенооптических свойств рентгеновской трубки следует учитывать, что решающее значение имеет не величина действительного фокуса на зеркале анода, а видимая проекция фокусного пятна в направлении центрального луча, т. е. размеры эффективного оптического фокуса. Уменьшение размеров оптического фокуса достигается уменьшением угла скашивания анода по отношению к центральному лучу. В отличие от терапевтических рентгеновских трубок (рис. 5), снабженных круглым или в форме эллипса оптическим фокусом, современные диагностические трубки имеют так называемый линейчатый фокус (рис. 6). В трубках с линейчатым фокусом площадь эффективного фокуса, имеющего форму квадрата, примерно в 3 раза меньше площади действительного фокуса, имеющего форму прямоугольника. При одинаковых рентгенооптических свойствах мощность рентгеновской трубки с линейчатым фокусом примерно в 2 раза больше, чем у рентгеновской трубки с круглым фокусом. Дальнейшее повышение мощности диагностических рентгеновских трубок достигнуто в трубках с вращающимся анодом (рис. 7 и 8). В этих рентгеновских трубках массивный вольфрамовый анод с линейчатым фокусом, растянутым по всей окружности, укреплен на оси, вращающейся в подшипниках, а катод трубки смещен относительно ее оси так, чтобы фокусированный пучок электронов попадал всегда на скошенную поверхность зеркала анода. При вращении анода пучок фокусированных электронов попадает на меняющийся участок фокуса анода, эффективная величина которого, т. е. оптический фокус, имеет благодаря этому весьма малые размеры (порядка 1X1 мм, 2,5X2,5 мм). Так как скорость вращения анода достаточно велика (анод является продолжением оси двигателя, вращающегося с угловой скоростью 2500 об/мин), мощность трубки при выдержках в 0,1 сек. может достигать 40—50 кВт. Значительное количество тепла, образующегося на аноде работающей трубки, требует ее охлаждения путем отвода тепла с анода в окружающую среду. Это достигается путем воздушного радиаторного охлаждения (рис. 9), водяного охлаждения (рис. 10 и 11) или масляного охлаждения (рис. 12); масло является одновременно и изолирующей средой; масляное охлаждение обычно применяется в так называемых блок-аппаратах (см. Рентгенотехника). Товарищество с ограниченной ответственностью «Казахстанский центр обучения и аттестаций в области неразрушающего контроля и сварки» Лекционный материал «Радиографический контроля» Обозначение документа МК РК Дата введения в действие 22.11.2021 Страница 28 из 107 Рис. 9. Трубка с радиаторным воздушным охлаждением. Рис. 10. Анод трубки с водяным охлаждением: 1 — стержень анода; 2 — резервуар с охлаждающей водой. Рис. 11. Анод трубки, охлаждаемой проточной водой: 1 — соединительные трубки водяного охлаждения. Рис. 12. Миниатюрная рентгеновская трубка с масляным охлаждением для рентгенографии зубов. В связи с многообразными запросами рентгенодиагностики и рентгенотерапии в настоящее время выпускаются рентгеновские трубки самого различного назначения, отличающиеся как конструктивным оформлением, так и величиной, мощностью, способами охлаждения и защиты от неиспользуемого излучения. Условные обозначения различных типов трубок состоят из комбинаций цифр и букв. 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 рентгеновской трубки (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). Товарищество с ограниченной ответственностью «Казахстанский центр обучения и аттестаций в области неразрушающего контроля и сварки» Лекционный материал «Радиографический контроля» Обозначение документа МК РК Дата введения в действие 22.11.2021 Страница 29 из 107 Независимо от типа рентгеновской трубки общий принцип их работы состоит в следующем. Накал катода рентгеновской трубки вызывает термоэлектронную эмиссию с образованием у катода так называемого электронного облака. С включением высокого напряжения на электродах рентгеновской трубки свободные электроны под действием электрического поля устремляются к аноду, тормозятся на его зеркале, причем часть энергии торможения преобразуется в рентгеновское излучение. При повышении напряжения на рентгеновской трубке эмиссионный ток вначале круто возрастает за счет постепенного уменьшения плотности электронного облака. Когда же число электронов, образующихся на катоде, становится равным числу электронов, достигающих анода, дальнейшее повышение напряжения не вызывает увеличения тока, проходящего через рентгеновскую трубку, а лишь увеличивает кинетическую энергию электронов, достигающих анода. Режим работы рентгеновской трубки, при котором происходит использование всех электронов, образующихся на катоде, а дальнейшее повышение напряжения не вызывает увеличения анодного тока, называется током насыщения. Практически ток насыщения i достигается в диагностических рентгеновских трубках при разности потенциалов σ порядка 10—20 кв (рис. 13). Поэтому обычно рентгеновские трубки большей частью работают в режиме тока насыщения. При необходимости увеличить анодный ток следует соответственно увеличить ток накала катода и, подняв напряжение, снова создать режим тока насыщения. Рис. 13. Анодные характеристически электронной рентгеновской трубки: S'— при токе накала 3,8 a; S—при токе накала 3,4 а. В процессе промышленного производства из рентгеновских трубок удаляют газ до остаточного давления 10 —6 —10 —7 мм рт. ст. При этой степени вакуума прохождение тока через рентгеновскую трубку практически обусловлено только термоэлектронной эмиссией с катода. Однако при чрезмерном нагреве деталей трубки, а также при включении ее после длительного перерыва в работе в ней может появиться газ; при этом возникает эффект ионизации; рентгеновская трубка начинает пропускать ток в обоих направлениях. Измерительные приборы на пульте управления обнаруживают резкие колебания анодного тока. Если такую «газящую» рентгеновскую трубку включить под высокое напряжение без накала катода, в ней создается устойчивый газовый разряд, сопровождающийся характерным свечением трубки. Такая трубка к работе непригодна и подлежит замене. Каждую новую рентгеновскую трубку перед пуском в работу необходимо проверить на вакуум под высоким напряжением, не включая накала, затем подвергнуть «тренировке». Для этого при анодном напряжении порядка 1/3 от номинального устанавливают ток 1—2 мА. Затем в течение 30—60 мин. напряжение и ток постепенно повышают до номинальных значений длительного режима в соответствии с паспортом рентгеновской трубки. При эксплуатации рентгеновской трубки необходимо строго придерживаться режимов работы, указанных в ее паспорте. Оболочка трубки представляет собой запаянный стеклянный баллон или выполнена по металлокерамической технологии. В рентгеновских трубках напряжением до 60 кВ только 0,1 % энергии электронного пучка преобразуется в энергию рентгеновского излучения. При напряжении 100 кВ КПД трубки увеличивается до 1 %. При 2 МэВ он достигает 10 %, а при 15 МэВ — более 50 %. Лучевая отдача трубки Товарищество с ограниченной ответственностью «Казахстанский центр обучения и аттестаций в области неразрушающего контроля и сварки» Лекционный материал «Радиографический контроля» Обозначение документа МК РК Дата введения в действие 22.11.2021 Страница 30 из 107 зависит в основном от ускоряющего напряжения и предварительной фильтрации излучения. Товарищество с ограниченной ответственностью «Казахстанский центр обучения и аттестаций в области неразрушающего контроля и сварки» Лекционный материал «Радиографический контроля» Обозначение документа МК РК Дата введения в действие 22.11.2021 Страница 31 из 107 Оптические свойства рентгеновской трубки определяются формой и размерами оптического фокуса трубки. В настоящее время, как правило, применяют 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 является квадратом (рис.6). Рис. 6. Схема формирования фокусного пятна рентгеновской трубки: 1 — сечение электронного пучка; 2 — фокальное пятно; 3 — оптический фокус; 4 — анод; 5 — сечение фокального пятна В радиационной дефектоскопии применяют рентгеновские трубки обычной двухэлектродной конструкции двух- и однополярные (рис.7,д,б); специализированные конструкции с вынесенным полым анодом (рис.8); с вращающимся анодом у : импульсные . и высоковольтные .Импульсные рентгеновские трубки предназначены для исследования быстропротекающих процессов. Длительность импульсов - 20 не. В этих трубках за короткий промежуток времени создается ток 10 3 — 10 5 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 трубках выполняется в виде вольфрамовой иглы, а катод — в виде кольца или диска. Трубки работают при разряжении 10" 5 — 10" 6 мм рт.ст. Рис.7. Схемы трубок: i — двухполюсная; б — однополюсная Товарищество с ограниченной ответственностью «Казахстанский центр обучения и аттестаций в области неразрушающего контроля и сварки» Лекционный материал «Радиографический контроля» Обозначение документа МК РК Дата введения в действие 22.11.2021 Страница 32 из 107 Pис 8. Трубка с вынесенным полым анодом Высоковольтные рентгеновские трубки не могут быть двухэлектродными, так как при высоком ускоряющем поле более 400 кВ наблюдаются автоэлектронная эмиссия, электрические пробои, рассеяние и отражение электронов. Поэтому высоковольтные рентгеновские трубки делают секционными, состоящими из катода, промежуточных электродов и полого анода. Полый анод почти полностью улавливает отраженные электроны. Возможность высоковольтного вакуумного пробоя исключена благодаря большому расстоянию между анодом и катодом. В зависимости от конструкции конечной части полого анода могут использоваться различные пучки излучения . Если излучающая часть анода является массивным медным телом со впаянным медным зеркалом, то пучок излучения может быть или панорамным или направленным. Если эта часть представляет собой тонкую медную стенку, то излучение получается торцевым. Рентгеновские трубки с вращающимся анодом предназначены для кратковременной нагрузки большой мощности (до 100 кВт в течение 0,1 с) при малых (до 0,3x0,3 мм) размерах оптического фокуса. Это достигается интенсивным охлаждением дискового анода при вращении его автономным двигателем (п = 3000 -г 7000 об/мин). Трубки эффективны при просвечивании в течение 5 с, не более. Высоковольтный рентгеновский кабель (рис.16). Диаметр кабеля на напряжения 50—100 кВ составляет 20—30 мм. В центре находятся две или три концентрические жилы, по которым передаются анодный ток и ток накала рентгеновской трубки. Высоковольтный рентгеновский кабель рассчитан на пульсирующее напряжение не выше 150—200 кВ. Длина кабельных выводов обычно равна 5—15 м. Для дефектоскопии материалов и изделий широко используются рентгеновские аппараты с напряжением 10—400 кВ. Контроль легких материалов, пластмасс обеспечивается мягким излучением, а толстостенных стальных изделий и материалов — жестким излучением 300—400 кВ. В общем виде рентгеновский аппарат состоит из пульта управления, высоковольтного генератора и рентгеновской трубки в защитном кожухе . Питающее напряжение (127, 220 или 380 В) через предохранители и выключатель сети поступает на автотрансформатор . Так как напряжение в сети колеблется, то для его выравнивания в цепь автотрансформатора включен корректор грубой регулировки напряжения Плавная регулировка напряжения производится с помощью реостата измеряется вольтметром. Корректором регулируется напряжение на рентгеновской трубке. Снимаемое с автотрансформатора напряжение через контакты и реле поступает на первичную обмотку высоковольтного трансформатора . Вторичная обмотка имеет две секции, последовательно соединенные через миллиамперметр . Внешние высоковольтной обмотки соединены с анодом и катодом рентгеновской трубки. Во вторичной обмотке возникает переменное высокое напряжение. Ток через трубку проходит в течение полупериодов. Генерирование излучения происходит импульсами, частота которых равна частоте напряжения сети. Нить накала рентгеновской трубки подключена ко вторичной обмотки трансформатора накала. Первичная обмотка накального трансформатора подключена одним концом непосредственно к сети, а другим через предохранитель к переключателю режимов. Товарищество с ограниченной ответственностью «Казахстанский центр обучения и аттестаций в области неразрушающего контроля и сварки» Лекционный материал «Радиографический контроля» Обозначение документа МК РК Дата введения в действие 22.11.2021 Страница 33 из 107 Переключатель режимов имеет пять положений. В положении 3 цепь накала разомкнута. Вположении 5 в цепь накала включается реостат, позволяющий плавно изменять ток накала и соответственно ток через трубку. 5.3. Рентгеновская аппаратура для промышленного просвечивания. Общие сведения. Переносная (портативная) рентгеновская аппаратура. Характерной ее особенностью является наличие следующих основных частей: переносного (транспортабельного) блок-трансформатора (моноблок) с рентгеновской трубкой; переносного пульта управления чемоданного типа; комплекта соединительных низковольтных кабелей (и водопроводных шлангов для охлаждения блок-трансформатора). Современную переносную (портативную) рентгеновскую аппаратуру разрабатывают и изготовляют едиными сериями с учетом возможности просвечивания материалов в широком диапазоне толщин. За базу построения такой серии аппаратов принимают анодное напряжение рентгеновской трубки. Большинство ведущих иностранных фирм принимают следующий базовый ряд наибольшего напряжения рентгеновской трубки, кВ: 10-80; 50-140; 50-200 (220); 80-300; 35- 160; 60-250; 100-400. Импульсная рентгеновская аппаратура. К разряду переносной аппаратуры для промышленного просвечивания можно отнести и импульсную рентгеновскую аппаратуру с анодными напряжениями до 0,5 MB. Принцип действия их основан на явлении возникновения кратковременной (0,1-0,2 мс) вспышки тормозного рентгеновского излучения при элетрическом пробое вакуума в двухэлекгроднои рентгеновской трубке (с холодным катодом) под действием импульса анодного высокого напряжения (220—280 кВ), возникающего на вторичной обмотке высоковольтного трансформатора при разряде накопительной емкости (U P = 7,5 - T 10 K B ) через первичную обмотку высоковольтного трансформатора. Передвижная (разборная) рентгеновская аппаратура для промышленного просвечивания предназначена для работы в лабораторных условиях. Она позволяет оборудовать временные (передвижные) и стационарные рентгено-дефектоскопические установки. |