Как устроен рентгеновский моноблок
Обновлено: 04.07.2024
— устройства для получения рентгеновского излучения и применения его в медицине в целях диагностики и терапии, для рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов, а также в промышленности для рентгенодефектоскопии и облучения различных объектов в технологических целях.
Создание Р. а. в нашей стране связано с именами А. С. Попова и Н. Г. Егорова, к-рые в 1896 г., т. е. вскоре после открытия рентгеновского излучения, начали производить рентгенографию на первых отечественных Р. а.— электрически не защищенных индукторных генераторах высокого напряжения, питающих ионные рентгеновские трубки непосредственно или через механические выпрямители. В 1946 г. под руководством В. В. Дмоховского и А. Г. Сулькина был создан электрически защищенный отечественный Р. а. РУМ-2 с электровакуумными выпрямителями-кенотронами и электронными рентгеновскими трубками. В отечественных аппаратах РУМ-5 и РУМ-10, созданных в начале 60-х гг., применены рентгеновские трубки с вращающимся анодом, позволившие существенно увеличить радиационный выход излучателя. В 1968 г. создан отечественный трехфазный Р. а. с полупроводниковыми выпрямителями (РУМ-16).
С 1972 г. интенсивно разрабатываются Р. а. для компьютерной томографии, в к-рых на основе ряда многоракурсных проекций узкого рентгеновского пучка, прошедшего через исследуемый объект, с помощью электронной цифровой вычислительной машины синтезируется поперечная томограмма (см. Томография компьютерная), что позволяет исследовать любой участок тела.
В состав Р. а. входят один или несколько рентгеновских излучателей; питающее устройство, обеспечивающее электрической энергией рентгеновский излучатель (рентгеновскую трубку) и регулирующее его радиационные параметры; устройство для преобразования рентгеновского излучения (см.), прошедшего через исследуемый объект, в видимое изображение, доступное для наблюдения, анализа или фиксации (экран, рентгеновская кассета с рентгенографической пленкой, усилитель рентгеновского изображения, телевизионное видеоконтрольное устройство, видеомагнитофон, фотокамеры, кинокамеры и др.); штативные устройства, служащие для взаимной ориентации и перемещения излучателя, объекта исследования и приемника излучения; системы защиты и управления Р. а. Для формирования потока излучения применяются диафрагмы, тубусы, фильтры, отсеивающие растры, формирующие излучение в пространстве коллиматоры, автоматические рентге-ноэкспонометры и стабилизаторы яркости, формирующие его поток во времени.
Р. а. для мед. целей по своему назначению делятся на рентгенодиагностические и рентгенотерапевтические.
Рентгенодиагностические аппараты
Рис. 1. Стационарный рентгенодиагностический аппарат (комплекс) РУМ-2 ОМ с усилителем рентгеновского изображения: 1 — видеоконтрольное устройство; 2 — усилитель рентгеновского изображения; 3 — потолочный уравновешиватель; 4 — поворотный стол-штатив; 5 — стойка для снимков; 6 — стол снимков; 7 — излучатель с рентгеновской трубкой; 8 — штатив снимков с креплением на полу и потолке; 9 — пульт управления усилителя рентгеновского изображения; 10 — стабилизатор яркости входного экрана усилителя рентгеновского изображения; 11 — шкаф питания; 12 — пульт управления; 13 — генераторное устройство. Рис. 2 Палатный рентгенодиагностический аппарат 12П5: 1 — излучатель с рентгеновской трубкой; 2 — штатив; 3 — генераторное устройство; 4 — пульт управления. Рис. 3. Импульсный переносной рентгенодиагностический аппарат Дина-2: 1 — излуча тель; 2 — штатив; 3 — укладочный ящик; 4 — кнопка управления. Рис. 4. Палатный рентгенодиагностический аппарат 8ЛЗ: 1 — моноблок с рентгеновской трубкой; 2 — разборный штатив с основанием; 3 — пульт управления.
Рентгенодиагностические аппараты в зависимости от конструкции и условий эксплуатации разделяют на стационарные (рис. 1), предназначенные для эксплуатации в специально оборудованных помещениях (см. Рентгеновский кабинет); передвижные для эксплуатации в палатах (рис. 2), операционных (в т. ч. травматологические); перевозимые на специальных автомобилях (см. Флюорография); переносные, напр, импульсные (рис. 3), транспортируемые силами не более 2 чел. Передвижные Р. а. выпускаются также разборными для исследования в палатах, на дому, а также в военно-полевых и экспедиционных условиях (рис. 4).
По назначению рентгенодиагностические аппараты разделяют на аппараты общего назначения и специализированные. Последние по методам и условиям исследования разделяют в свою очередь на флюорографические, гл. обр. для массовых профилактических исследований (см. Флюорография), томографические (см. Томография), симуляторы для планирования лучевой терапии, для работы в палатах, операционных и др. По области применения различают Р. а. для ангиографии (см.), для нейрорентгенодиагностики, урологических исследовании, маммографии (см.), дентальные, в т. ч. панорамные — пантомографы (см. Пантомография) и др.
Краткая техническая характеристика рентгенодиагностических аппаратов приведена в табл. 1.
Рис. 5. Принципиальная блок-схема рентгенодиа гностического аппарата: Vc — питающее напряжение; Va — напряжение для исследования; PH — регулятор напряжения; РВ — реле времени; ГУ — генераторное устройство, включающее выпрямители; РТ — рентгеновская трубка; Ф — фильтр; Д — диафрагма; ‘О — объект исследования (пациент); Р — отсеивающий растр; РЭ — камера экспонометра рентгеновского излучения; П — кассета с рентгенографической пленкой и усиливающими экранами; УРИ — усилитель рентгеновского изображения; ТТ — телевизионная передающая трубка; ФК — фотокамера; ВКУ — видеоконтрольное устройство; ФЭУ — фотоэлектронный умножитель; С Я — стабилизатор яркости; БЭ — блок обработки сигнала экспонометра; БН — блок управления накалом рентгеновской трубки с вычислительным устройством; ТН — трансформатор накала; S — оптическая плотность почернения фотоматериала’; В — яркость свечения флюоресцентного экрана; пунктиром обозначен рабочий пучок рентгеновского излучения. Рис. 6. Рентгенодиагностическая 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; α — угол наклона анода к оси рабочего пучка излучения.
На принципиальной блок-схеме рентгенодиагностического аппарата (рис. 5) указаны основные его элементы. Питающее напряжение подается в регулятор напряжения, включение к-рого на заданную длительность экспозиции осуществляют с помощью реле времени. Повышение и выпрямление напряжения для питания рентгеновской трубки осуществляется в генераторном устройстве (размещено в стальном баке, заполненном трансформаторным маслом), содержащем одно- или трехфазный повышающий трансформатор и выпрямители. Различают однополупериодное выпрямление тока, когда выпрямители отсутствуют, а их функции выполняет рентгеновская трубка, обладающая свойством односторонней проводимости, напр, в дентальных и переносных Р. а.; двухнолупериодное выпрямление, применяемое в разборных, передвижных и нек-рых стационарных Р. а. небольшой мощности, а также шести-и двенадцатифазное выпрямление тока в стационарных Р. а. большой мощности, осуществляемое посредством последовательно включаемых полупроводниковых селеновых или кремниевых диодов. Высокое напряжение от генераторного устройства подается на рентгеновскую трубку с помощью высоковольтных кабелей, имеющих наружную заземляемую оболочку. Рентгеновская трубка (рис. 6, а) — электровакуумный прибор с источником электронов (катод) и мишенью, в к-рой они тормозятся (анод). В большинстве мед. рентгеновских трубок используются термоэмиссионные накаливаемые катоды и вольфрамовые неподвижные или вращающиеся аноды. Энергия для нагрева катода подается через трансформатор накала, размещаемый в баке генераторного устройства. Управление анодным током осуществляется путем изменения силы тока накала. Площадь анода, на к-рую попадают электроны, называют фокусом. Различают одно- или двухфокусные аноды. В аноде св. 95% энергии электронов превращается в тепловую энергию, нагревающую анод до 2000 и более градусов. По этой причине с увеличением длительности экспозиции допустимая мощность снижается. Предусмотрена защита рентгеновской трубки от перегрузки в виде цифровых или аналоговых вычислительных устройств, к-рые формируют сигнал, препятствующий подаче на рентгеновскую трубку чрезмерного количества электрической энергии. Рентгеновская трубка размещается в защитном кожухе со свинцовой оболочкой для защиты от неиспользуемого излучения, заполненном трансформаторным маслом, содержащем, помимо трубки, гнезда для подсоединения высоковольтных кабелей и выходное окно, через к-рое выводится рабочий пучок излучения (рис. 6, б). В передвижных, разборных, дентальных Р. а. излучатель (рентгеновская трубка) находится в защитном кожухе вместе с генераторным устройством, что часто называют моноблоком. Характеристики основных рентгеновских трубок отечественных Р. а. приведены в табл. 2.
К выходному окну излучателя крепится диафрагма, ограничивающая пучок излучения заданными параметрами. Различают нерегулируемые, регулируемые и сменные диафрагмы (последние иногда называют тубусами или коллиматорами). Диафрагма может снабжаться оптическим имитатором для освещения белым светом поверхности, соответствующей рабочему пучку излучения, и набором сменных фильтров для изменения энергетического спектра излучения.
В зависимости от назначения современные Р. а. снабжаются разнообразными штативно-механическими устройствами — колоннами, потолочными штативами, столами и стойками для снимков, поворотными столами-штативами для просвечивания и снимков и др. (рис. 1),— обеспечивающими проведение соответствующих рентгенол. исследований.
Рис. 7. Специализированные рентгенодиагностические штативы: а — штатив для катетеризации и ангиографии; б — урологический стол-штатив; сплошными линиями со стрелками указаны направления возможных перемещений элементов штативов.
Существуют специальные штативы для томографии, рентгенокимографии (см.), нейрорентгенодиагностики, катетеризации и ангиографии (рис. 7, а), урологических исследований (рис. 7, б) и др., отличающихся диапазоном взаимных перемещений излучателя, пациента и приемника излучения и особыми устройствами. К штативно-механическим устройствам относятся также экраноснимочные приспособления, кассетосменники и др.
Экраноснимочное приспособление современного стационарного Р. а. содержит экран для просвечивания, перемещаемый кассетодержатель с кассетой, тубус, защитные устройства, отсеивающий растр и программное управление, обеспечивающее возможность получения на одной рентгенографической пленке последовательно нескольких снимков меньшего формата (так наз. прицельных снимков) в процессе просвечивания. Отсеивающий растр (отсеивающая решетка) представляет собой набор тонких чередующихся полос из рентгенопрозрачного и рентгенопоглощающего материала, ориентированных на фокус рентгеновской трубки. Растр устанавливается между пациентом и приемником излучения и служит для уменьшения влияния на качество изображения вторичного (рассеянного) излучения. В большинстве современных диагностических Р. а. между растром и кассетой с рентгенографической пленкой располагается камера рентгеноэкспонометра — прибора, к-рый автоматически отключает напряжение на рентгеновской трубке при накоплении пленкой экспозиционной дозы излучения, обеспечивающей заданное значение плотности ее почернения после фотообработки. В отечественной аппаратуре применяются рентгеноэк-спонометры ионизационного типа РЭР-3, РЭР-ЗБМ-50-20, к-рые автоматически под действием ионизации воздуха подают в реле времени сигнал на отключение Р. а. Рентгеновская кассета обычно заряжается двусторонней рентгенографической пленкой и двумя усиливающими экранами, расположенными в непосредственном контакте с пленкой. Свечение усиливающих экранов под действием рентгеновского излучения в 60—100 раз повышает чувствительность рентгенографической пленки, фотографический эмульсионный слой к-рой состоит из микроскопических кристаллов бромистого серебра в желатине. При нек-рых исследованиях, требующих особой резкости изображения (напр., снимках костей), производят съемку и без экранов. Для экранов используют ка л ьций-вольфраматные, свинцово-баритные, сульфидные, оксисульфидные и оксигалогенидные люминофоры — вещества, светящиеся под действием рентгеновского излучения. Постепенно приобретают широкое распространение малосеребряные или беесеребряные регистраторы рентгеновского изображения.
К бессеребряным системам регистрации рентгеновского излучения относятся полупроводниковые преобразователи, в качестве к-рых используются устройства для электрорентгенографии (см.), приемником излучения в к-рых является предварительно заряженная ксерорентге-нографическая селеновая пластина, являющаяся фотопроводником. Под действием рентгеновского излучения на пластине происходит формирование скрытого электростатического изображения, к-рое проявляют заряженным окрашенным порошком, переносят на бумагу и закрепляют на ней. Для этой цели выпускаются отечественные электрорентгеногра-фические аппараты ЭРГА-01 и ЭРГА-02.
Для визуализации рентгеновского изображения при просвечивании используют флюоресцентный экран, аналогичный усиливающему экрану, защищенный свинцовым стеклом. В современных Р. а. вместо экранов применяются электронно-оптические усилители рентгеновского изображения с телевизионным видеоконтрольным устройством, основной частью к-рых является электроннооптический преобразователь, что позволяет многократно увеличить яркость изображения, а дозу излучения снизить в 4—5 раз. При этом существенно улучшается выявление мелких деталей рентгеновского изображения, отпадает необходимость в затемнении помещения процедурной и затрат времени на адаптацию зрения врача. Фокусирующая система обеспечивает передачу изображения на выходной экран с минимальными искажениями, а затем через оптическую систему на телевизионную передающую трубку и экран видеоконтрольного устройства. Одновременно изображение может регистрироваться фото- или кинокамерой, записываться на видеомагни-тофонную ленту. Отечественные усилители рентгеновского изображения используются в рентгенодиагностических комплексах РУМ-20П и РУМ-20М.
Изобретение относится к рентгенотехнике и может быть использован для получения рентгеновских изображений, например, в медицине. Технический результат - снижение массы моноблока и уменьшение его габаритов. В моноблоке источника рентгеновского излучения, содержащем рентгеновскую трубку, состоящую из корпуса, катодного и анодного узлов, а также генераторное устройство с высоковольтным делителем напряжения, высоковольтный вывод которого подключен к одному из узлов трубки, корпус рентгеновской трубки выполнен в виде металлического цилиндра, внутри которого расположен секционированный высоковольтный цилиндрический изолятор. Один его торец соединен вакуум-плотно с одним из торцов корпуса, а на другом торце установлен катодный узел. Анодный узел расположен на другом торце корпуса и выполнен в виде вынесенной за пределы корпуса анодной трубы, на свободном торце которой закреплена мишень. Генераторное устройство размещено внутри высоковольтного цилиндрического изолятора, внутренний объем которого заполнен маслом. Боковая поверхность изолятора выполняет роль высоковольтного делителя напряжения. 1 ил.
Заявляемое изобретение относится к рентгенотехнике и может быть использовано при разработке рентгеновских аппаратов, применяемых, например, для диагностики в медицине.
В настоящее время, в силу ряда неоспоримых преимуществ, все большее распространение получают переносные рентгеновские аппараты, выполненные в виде моноблока.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является конструкция моноблока переносного рентгеновского аппарата 8Л3 (Рентгенотехника. Справочник / Под ред. В.В.Клюева, кн.1. - М.: Машиностроение, 1989, с.127, рис.29).
Моноблок состоит из корпуса, внутри которого размещены рентгеновская трубка, генераторное устройство с высоковольтным делителем напряжения, четыре компенсатора температурного изменения объема трансформаторного масла. На внутренней поверхности моноблока закреплена свинцовая защита от неиспользуемого рентгеновского излучения. Рентгеновская трубка содержит металлостеклянный корпус, а также катодный и анодный узлы. Высоковольтный вывод генераторного устройства подключен к одному из узлов рентгеновской трубки. Внутренний объем корпуса моноблока заполнен маслом, которое обеспечивает электрическую прочность элементов конструкции и теплоотвод. В корпусе моноблока имеется выходное окно для выпуска рабочего пучка рентгеновского излучения, а также разъем для подачи низковольтного питания излучателя.
Так как узлы, размещенные внутри моноблока, например, рентгеновская трубка, высоковольтный делитель напряжения, имеют собственные корпуса и соединены дополнительными линиями связи, данный моноблок имеет большие габариты и вес. Увеличение габаритов приводит к увеличению объема масла, расширение которого при нагреве в процессе работы должно компенсироваться с помощью специальных компенсаторов, дополнительно увеличивающих объем моноблока. Соответственно, увеличивается площадь и вес свинцового покрытия корпуса, применяемого для защиты от неиспользуемого рентгеновского излучения, что также увеличивает массу моноблока.
Технический результат изобретения заключается в снижении массы моноблока и уменьшении его габаритов.
Для достижения указанного технического результата в моноблоке источника рентгеновского излучения, содержащего рентгеновскую трубку, состоящую из корпуса, катодного и анодного узлов, а также генераторное устройство с высоковольтным делителем напряжения, высоковольтный вывод которого подключен к катодному узлу, корпус рентгеновской трубки выполнен в виде металлического цилиндра. Внутри цилиндра расположен секционированный высоковольтный цилиндрический изолятор, причем один его торец соединен вакуум-плотно с одним из торцов корпуса, а на другом торце установлен катодный узел. Анодный узел расположен на другом торце корпуса и выполнен в виде анодной трубы, на свободном торце которой закреплена мишень, которая одновременно может являться выходным окном. На анодную трубу туго посажена свинцовая труба. Генераторное устройство размещено внутри высоковольтного цилиндрического изолятора, внутренний объем которого заполнен маслом, а боковая поверхность изолятора выполняет роль высоковольтного делителя напряжения.
Суть заявляемого изобретения заключается, во-первых, в выполнении металлической части корпуса рентгеновской трубки таким образом, чтобы он стал выполнять роль корпуса всего моноблока, а диэлектрическая часть - роль высоковольтного делителя напряжения генераторного устройства, и вынесении анодного узла за пределы корпуса, а, во-вторых, в расположении генераторного устройства внутри высоковольтного цилиндрического изолятора, что в целом позволяет сделать конструкцию моноблока максимально легкой, компактной и надежной.
Использование цилиндрического изолятора в качестве высоковольтного делителя напряжения генераторного устройства позволяет исключить из конструкции моноблока ряд крупногабаритных деталей, например резисторы высоковольтного делителя напряжения и элементы их крепления. Небольшое количество масла, которое заполняет оставшийся объем высоковольтного цилиндрического изолятора, не требует использования крупногабаритных компенсаторов, что, в свою очередь, также уменьшает массу и габариты моноблока.
Поскольку мишень вынесена за пределы моноблока с помощью анодной трубы, то для защиты от неиспользуемого рентгеновского излучения достаточно покрыть свинцом только ее наружную поверхность, что позволит дополнительно существенно снизить вес моноблока.
Сущность заявляемого изобретения поясняется на чертеже, где представлена конструкция моноблока.
Моноблок источника рентгеновского излучения включает в себя рентгеновскую трубку 1, состоящую из корпуса 2, выполненного в виде цилиндра, и генераторного устройства 6. Внутри корпуса 2 расположен высоковольтный цилиндрический изолятор 3, один торец которого соединен вакуум-плотно с одним из торцов корпуса 2, а на другом торце расположен катодный узел 5, который с помощью цангового разъема 4 подключен к генераторному устройству 6, размещенному внутри высоковольтного цилиндрического изолятора 3. Цилиндрический изолятор состоит из двух секций разной длины. Длина секции 11, подключенной к катодному узлу не менее, чем в 100 раз превышает длину секции 12, подключенной к корпусу трубки. Анодный узел выполнен в виде анодной трубы 7, на свободном торце которой закреплена мишень 8 массивного или прострельного типа, и расположен на другом торце корпуса 2, наружная поверхность анодной трубы покрыта слоем свинца цилиндрической формы 9. На противоположном торце корпуса 2 имеется разъем для подачи низковольтного напряжения питания моноблока.
При работе моноблока низковольтное переменное напряжение подводится к генераторному устройству 6 посредством разъема 10. Генераторное устройство 6 вырабатывает постоянное высокое напряжение отрицательной полярности относительно корпуса моноблока 1. Под воздействием высокого напряжения изолятор 3 заряжается и на его поверхности появляется потенциал, величина которого определяется длиной каждой секции. При соотношении длин, например, 100 к 1, выходное напряжение генераторного устройства 6 будет поделено также 100 к 1. В зависимости от выходного напряжения сигнал, снимаемый с "короткой" секции изолятора, составляет от нескольких сот вольт до единиц киловольт и непосредственно используется для контроля и управления работой моноблока. Электроны, которые эмитируются катодным узлом 4, ускоряются и попадают на мишень 8 анодного узла.
Так как электроны тормозятся в мишени 8, которая вынесена за пределы корпуса моноблока 2, то защита от неиспользуемого рентгеновского излучения размещена только на небольшом участке анодной трубы, а не по всему корпусу моноблока.
Для получения наилучшего результата корпус рентгеновской трубки выполнен из нержавеющей стали, высоковольтный цилиндрический изолятор - из керамики, вывод сигнала обратной связи по напряжению от низковольтного плеча делителя - медный.
Таким образом, заявленная конструкция, в отличие от известных позволяет значительно снизить массу и габариты моноблока, что значительно облегчит его использование в переносных рентгеновских установках.
Моноблок источника рентгеновского излучения, содержащий рентгеновскую трубку, состоящую из корпуса, катодного и анодного узлов, а также генераторное устройство с высоковольтным делителем напряжения, высоковольтный вывод которого подключен к одному из узлов трубки, отличающийся тем, что корпус рентгеновской трубки выполнен в виде металлического цилиндра, внутри которого расположен двухсекционный высоковольтный цилиндрический изолятор, при этом один его торец соединен вакуум-плотно с одним из торцов корпуса, а на другом торце установлен катодный узел, причем длина секции, на которой установлен катодный узел, не менее чем в 100 раз превышает длину секции, соединенной с торцом корпуса, анодный узел, в свою очередь, расположен на другом торце корпуса и выполнен в виде вынесенной за пределы корпуса анодной трубы, на свободном торце которой закреплена мишень, при этом генераторное устройство размещено внутри высоковольтного цилиндрического изолятора, внутренний объем которого заполнен маслом, а боковая поверхность изолятора выполняет роль высоковольтного делителя напряжения.
Полезная модель относится к области дефектоскопии материалов путем их просвечивания рентгеновским излучением, а именно к источникам излучения портативных рентгеновских аппаратов для обнаружения дефектов в металлических материалах и изделиях, в частности, из сталей и сплавов. Предлагаемое техническое решение может быть реализовано как в промышленных аппаратах, так и в аппаратах для работы в полевых условиях. Технический результат - оптимизация условий теплообмена в моноблоке, что обеспечивает повышение надежности и увеличение времени его непрерывной работы, и, как следствие, повышение производительности рентгенографического контроля. Моноблок портативного рентгеновского аппарата содержит термоэмиссионную рентгеновскую трубку и высоковольтный источник постоянного напряжения, размещенные в заполненном жидким диэлектриком металлическом корпусе. В отличие от известного, в предлагаемом моноблоке размещенная в заполненном жидким диэлектриком металлическом корпусе рентгеновская трубка расположена внутри выполненного из твердого диэлектрика полого цилиндра, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру рентгеновской трубки, а минимальная толщина стенки равна отношению максимального значения выходного напряжения высоковольтного источника к максимальной напряженности электрического поля, не приводящей к разрушению данного диэлектрика. В качестве жидкого диэлектрика может быть выбрано трансформаторное масло. В качестве твердого диэлектрика может быть выбран фторопласт.
Предлагаемая полезная модель относится к области дефектоскопии материалов путем их просвечивания рентгеновским излучением, а именно к источникам излучения портативных рентгеновских аппаратов для обнаружения дефектов в металлических материалах и изделиях, в частности, из сталей и сплавов. Предлагаемое техническое решение может быть реализовано как в промышленных аппаратах, так и в аппаратах для работы в полевых условиях.
Известно, что моноблок рентгеновского аппарата для дефектоскопии материалов содержит рентгеновскую трубку и высоковольтный источник постоянного напряжения, размещенные в заполненном жидким диэлектриком металлическом корпусе [Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник под ред. В.В.Клюева, М, Машиностроение, 1995, с.38].
Использование жидкого диэлектрика, например трансформаторного масла, обладающего высокой электрической прочностью, большой теплоемкостью и технологичностью, обеспечивает хорошее охлаждение рентгеновской трубки и элементов источника высокого напряжения при работе моноблока. Однако объемное сопротивление жидкого диэлектрика сильно зависит от температуры и с ее повышением резко уменьшается, приводя к возрастанию тока утечки вдоль поверхности стеклянной или керамической оболочки рентгеновской трубки, что в течение достаточно непродолжительного времени приводит к выходу из строя как самой рентгеновской трубки, так и элементов высоковольтного источника напряжения. Для обеспечения надежности работы моноблока приходиться существенно ограничивать время его непрерывной работы, что, естественно, сказывается на производительности контроля.
Такая конструкция моноблока достаточно компактна, что обеспечивает возможность рентгенографического контроля материалов в полевых условиях. Однако полное время работы аппарата с таким моноблоком в течение рабочего дня не может превышать двух-трех часов, что существенным образом сказывается на производительности рентгенографического контроля.
Техническим результатом предлагаемого полезной моделью решения является оптимизация условий теплообмена в моноблоке, что обеспечивает повышение надежности и увеличение времени его непрерывной работы, и, как следствие, повышение производительности рентгенографического контроля.
Достижение технического результата обеспечивает предлагаемый моноблок портативного рентгеновского аппарата, содержащий термоэмиссионную рентгеновскую трубку и высоковольтный источник постоянного напряжения, размещенные в заполненном жидким диэлектриком металлическом корпусе.
В отличие от известного, в предлагаемом моноблоке размещенная в заполненном жидким диэлектриком металлическом корпусе рентгеновская трубка расположена внутри выполненного из твердого диэлектрика полого цилиндра, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру рентгеновской
трубки, а минимальная толщина стенки равна отношению максимального значения выходного напряжения высоковольтного источника к максимальной напряженности электрического поля, не приводящей к разрушению данного диэлектрика.
В качестве жидкого диэлектрика может быть выбрано трансформаторное масло.
В качестве твердого диэлектрика может быть выбран фторопласт.
На фиг. представлен в разрезе предлагаемый моноблок портативного рентгеновского аппарата.
Представленный на фиг. моноблок содержит металлический корпус 1, в котором расположен высоковольтный источник 2 постоянного напряжения (250 кВ) и жестко соединенная с ним термоэмиссионная рентгеновская трубка 3, размещенная в полом цилиндре 4, выполненном из диэлектрического материала. Внутренний диаметр цилиндра 4 (42 мм) равен наружному диаметру трубки 3, толщина стенки цилиндра 4-10 мм. При этом минимальная толщина стенки цилиндра 4 равна отношению максимального значения выходного напряжения источника 2 к максимальной напряженности электрического поля, не приводящей к разрушению материала цилиндра 4. Внутренний объем корпуса 1 заполнен жидким диэлектриком 5. Полый цилиндр 4 выполнен из фторопласта, а жидким диэлектриком 5 служит трансформаторное масло. Высоковольтный источник 2 и рентгеновская трубка 3 могут быть выполнены как высоковольтный источник и рентгеновская трубка в моноблоках известных портативных рентгеновских аппаратов, например в аппарате АРИНА-4.
Моноблок, представленный на фиг., работает следующим образом.
При включении аппарата источник 2 обеспечивает подачу постоянного напряжения на электроды трубки 3 и напряжения накала на ее катод, в результате чего трубка 3 непрерывно генерирует рентгеновское излучение, необходимое для проведения рентгенографического контроля исследуемого материала. В процессе работы трубка 3 и высоковольтный источник 2 выделяют
большое количество тепла, которое поглощается в жидком диэлектрике 5. При этом повышение температуры диэлектрика 5 не оказывает влияния на работу рентгеновской трубки 3, поскольку изоляция трубки 3 от корпуса 1 обеспечивается цилиндром 4, выполненным из фторопласта, объемное сопротивление которого практически не зависит от температуры окружающей среды.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение надежности и увеличение времени непрерывной работы моноблока, и, как следствие, повышение производительности рентгенографического контроля, за счет достижения технического результата - оптимизации условий теплообмена.
1. Моноблок портативного рентгеновского аппарата, содержащий термоэмиссионную рентгеновскую трубку и высоковольтный источник постоянного напряжения, размещенные в заполненном жидким диэлектриком металлическом корпусе, отличающийся тем, что размещенная в заполненном жидким диэлектриком металлическом корпусе рентгеновская трубка расположена внутри выполненного из твердого диэлектрика полого цилиндра, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру рентгеновской трубки, а минимальная толщина стенки равна отношению максимального значения выходного напряжения высоковольтного источника к максимальной напряженности электрического поля, не приводящей к разрушению данного диэлектрика.
2. Моноблок по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого диэлектрика выбрано трансформаторное масло.
3. Моноблок по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердого диэлектрика выбран фторопласт.
Эта тема имеет цель познакомить студентов с особенностью конструкции рентгеновских аппаратов-моноблоков, принципом их действия, условным обозначением аппаратов и областью их применения.
К моменту изучения темы, студенты получили достаточные сведения из предметов «Физика», «Технология сварных соединений» и «Радиационные методы неразрушающего контроля» о природе и свойствах рентгеновского излучения, способах его получения и применения.
Излагать материал нужно доступно и наглядно, сопровождая его примерами, применяя плакаты, таблицы и макеты.
Наглядные пособия
Плакат №1 – Моноблок рентгеновского аппарата.
Плакат №2 – Принципиальная и блок – схемы аппарата-моноблока.
Плакат №3 – Характеристики рентгеновских аппаратов.
Макет – Рентгеновский аппарат – моноблок РУП-120-5
План занятий.
Конструктивные особенности и устройство рентгеновских аппаратов-моноблоков.
Преимущества и недостатки рентгеновских аппаратов-моноблоков.
Условное обозначение рентгеновских аппаратов-моноблоков.
Область применения рентгеновских аппаратов-моноблоков.
Методические указания.
К началу изучения этой темы студенты получили общие сведения о структуре рентгеновских аппаратов. Знают основные составляющие аппаратов, их устройство и назначение.
Студенты знакомы с классификацией и основными технологическими характеристиками рентгеновских аппаратов.
Приступая к изучению этой темы, прежде всего следует путем беседы повторить со студентами блок-схему рентгеновского аппарата, понятия рентгеновского излучателя, рентгеновского питающего устройства, пульта управления аппаратом. Вспомнить классификацию аппаратов по функциональным возможностям, по характеру передачи электрической энергии от генератора на рентгеновскую трубку, по величине ускоряющего напряжения, по характеру используемого излучения.
Далее, используя плакат №1, следует подробно изложить устройство моноблоков, пояснить назначение всех узлов аппарата. Если есть возможность, то желательно показать это на действующем оборудовании или макетах, с соответствующими пояснениями.
После того как студенты получат ясное представление о конструкции рентгеновского аппарата-моноблока, можно перейти к вопросу о питании рентгеновской трубки в аппрвтах этого типа. При этом, особое внимание следует уделить требованиям, предъявляемым к аппаратам – моноблокам, поскольку они определяют схему питания рентгеновской трубки аппарата.
Используя плакат №2, пояснить работу схему питания, указать преимущества и недостатки данной схемы.
Затем по таблице(плакат №3) необходимо познакомить студентов с типами моноблоков, наиболее применяемы в промышленности, охарактеризовать их технические возможности.
В порядке домашнего задания рекомендовать студентам ознакомиться с техническими инструкциями по эксплуатации отдельных типов аппаратов.
Далее, используется тот же плакат №3, перейти к вопросу условного обозначения (маркировке) аппаратов –моноблоков . Привести примеры обозначения аппаратов, дать возможность студентам самим определить тип аппарата и его технические характеристики.
Необходимо также остановиться на основных типах аппаратов – моноблоков зарубежного производства, которые выпускаются ведущими фирмами Италии, ФГР, Венгрии, Бельгии и сегодня широко применяются на отечественных предприятиях, казать их преимущества и недостатки перед аппаратами отечественного производства.
По окончании изучения темы занятий следует провести закрепление материала в виде фронтального опроса.
Контрольные вопросы.
Как разделяют рентгеновские аппараты по конструктивным особенностям?
В чем конструктивное отличие аппаратов – моноблоков от аппаратов кабельного типа?
Перечислите основные узлы рентгеновских аппаратов – моноблоков.
Какую схему питания рентгеновской трубки применяют в аппаратах – моноблоках? В чем ее преимущества и недостатки?
Прочтите обозначение рентгеновского аппарата:
Список литературы
В.Г Щербинских, В.А Феоктистов, Методы дефектоскопии сварных соединений. М. Машиностроение,2010.
А.А. Адаменко, М.М. Валевич. Радиационный неразрушающий контроль. Киев. Техника, 2010.
Справочник, приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Под ред. В.В. Клюева. Т№1, М. Машиностроение, 2011.
Этапы проведения занятия
Организационный момент начала занятия.
Фронтальный опрос по теме повторения.
Письменный опрос по теме повторения.
Изложение нового материала.
Ответы на вопросы студентов по теме нового материала.
Закрепление нового материала.
Выдача домашнего задания.
Организационный момент окончания занятия.
Примечание: этапы 1 и 2 проводить одновременно.
Вопросы для фронтального опроса по теме повторения.
Что представляет собой рентгеновский аппарат?
Из каких основных блоков состоит рентгеновский аппарат?
Что представляет собой рентгеновский излучатель рентгеновского аппарата?
Какие требования предъявляются к конструкции рентгеновского излучателя?
Что представляет собой рентгеновское питающее устройство рентгеновского аппарата?
Что входит в комплект рентгеновского питающего устройства рентгеновского аппарата?
Что включает в себя пульт управления рентгеновским аппаратом?
Перечислите основные признаки по которым классифицируют рентгеновские аппараты.
Вопросы для письменного опроса по теме повторения
Билет №1
Устройство и принцип работы двухэлектродной рентгеновской трубки.
Прочитать условное обозначение рентгеновской трубки:
Билет №2
Устройство катодного узла рентгеновской трубки.
Прочитать условное обозначение рентгеновской трубки
Билет №3
Устройство анодного узла рентгеновской трубки.
Прочитать условное обозначение рентгеновской трубки:
Дополнительные вопросы:
Что представляет собой рентгеновская трубка
Вопросы для закрепления материала
Как разделяют рентгеновские аппараты по конструкции?
В чем конструктивное отличие аппаратов моноблоков от аппаратов кабельного типа?
Какую схему питания рентгеновской трубки применяют в аппаратах моноблоках?
Прочтите условное обозначение рентгеновского аппарата-моноблока:
Известно, что по конструкции рентгеновские аппараты разделяются на кабельные, в которых источник высокого напряжения и рентгеновский излучатель выполнены в виде отдельных блоков, соединенных между собой высоковольтными кабелями, и моноблоки, в которых высоковольтный трансформатор и рентгеновская трубка смонтированы в одном корпусе, заполненном изолирующей средой ( шестифтористая сера или элегаз ).
Моноблок состоит из
- Высоковольтного трансформатора (1)- источника питания рентгеновской трубки
- Трансформатора накала нити катода (2);
- Рентгеновской трубки (3);
- Радиатора (4) для охлаждения рентгеновской трубки;
- Электродвигателя с крыльчаткой (5) для перемещения охлаждающей среды.
Дополнительно моноблок может охлаждаться проточной водой, пропускаемой через змеевик (6).
В моноблоке предусмотрен выключатель, автоматически отключающей высокое напряжение при повышении температуры масла выше допускаемой и маслорасширитель.
Рентгеновская трубка крепится в моноблоке таким образом, чтобы ее можно было заменить, не вынимая из кожуха трансформатора.
Основное требование к аппаратам-моноблокам – минимальные габаритные размеры и масса.
Для достижения этого поступаются такими показателями процесса как качество излучения и длительность непрерывной работы. Это объясняется следующим обстоятельством: в моноблоках обычно применяют наиболее простую схему питания рентгеновской трубки – полуволнового безвентильную схему с питанием от сети переменного тока промышленной частоты, в которой выпрямителем служит сама рентгеновская трубка.
На трубку (2) подается ток непосредственно от трансформатора высокого напряжения (1). Трубка пропускает ток в одном направлении в течение первого полупериода, а затем во время второго полупериода запирает ток, работая как выпрямитель.
Когда через трубку проходит анодный ток, она генерирует рентгеновское излучение.
- Рентгеновские аппараты с аппараты с этой схемой отличаются наименьшей массой и габаритами.
- небольшой срок службы рентгеновской трубки.
Отечественная промышленность выпускает типовой ряд моноблочных аппаратов, которые комплектуются унифицированными пультами управления.
Читайте также: