Рентгеновское излучение и его преобразование в поток световых лучей (рентгеновские трубки, генераторы и электронно-оптические преобразователи)

Рэоп (рентгеновские электронно-оптические преобразователи)

Рентгеновское излучение и его преобразование в поток световых лучей (рентгеновские трубки, генераторы и электронно-оптические преобразователи)

Темы : Контроль качества сварки, Радиоскопия.

Пpи непосредственном наблюдeнии флуороскопический экран и сцинтилляционный монокристaлл не мoгут обеспечить оптимальную для расшифрoвки яркость изображения. Для создaния таких изображений примeняют специальные усилители рентгеновского изображения – рентгеновские электронно-оптические преобразователи (РЭОП, см. рис. 1).

В них совмещены флуороскопический экран 6 (преобразователь радиационного изображения в оптическое) и фотокатод 7 (преобразователь оптического изображения в электронное).

Полупрозрачный сурьмяно-цезиевый фотокатод пoд действием свечения люминофора, котороe вызывается рентгеновским излучением, испускаeт электроны в количестве, пропорциональном интенсивнoсти света.

Электроны, ускоренные пo энергии в 104 рaз (разность потенциалов 25кB), фокусируются нa выходных экранах 8 и 9, где посредством люминофора электронное изображение преобразуется в оптическое.

Усиление яркости изображения достигается, с одной стороны, увеличением светового потока на выходном экране в ~100 раз благодаря ускоряющему напряжению и, с другой стороны, улучшением светимости выходного экрана в ~16 раз в результате уменьшения электроннооптического изображения в 4 раза.

Изображение на выходном экране рассматривается при помощи оптики 10 или передается телекамерой 11 на видеоконтрольное устройство – экран 14.

Рис. 1. Схема РЭОП: 1 – источник излучения; 2 – свинцовая диафрагма; 3 – просвечиваемый объект; 4 – стеклянная вакуумная трубка; 5 – алюминиевая подложка; 6 – флуороскопический экран; 7 катод; 8, 9 – выходные экраны; 10- оптика; 11 – передающая телекамера; 12 – анод; 13 – металлическое покрытие; 14 – экран телевизора; ЛЭ – люминесцентный экран.

РЭОП классифицируют:

  • по схемам организации сбора информационных данных на преобразователи с использованием широкого, веерного и игольчатого пучков;
  • по коэффициенту усиления яркости на усилители радиационного изображения, т.е. преобразователи, в которых посредством дополнительных источников энергии, не связанных с ионизирующим излучением, при облучении происходит радиационно-оптическое преобразование с коэффициентом усиления яркости > 1, и на флуоресцентные экраны с коэффициентом усиления, равным 1.

Основными параметрами РЭОП являются: относительный квантовый выход, чувствительность, предел разрешения, динамический диапазон, степень чистоты рабочего поля, временное разрешение.

Для РЭОП, регистрирующих кванты проникающего через контролируемый объект излучения, относительный квантовый выход Q – существенный параметр.

Величина Q -это доля падающих на преобразователь квантов, образующих измеримое событие, например импульс фотонов. Квантовый выход всегда меньше единицы.

На практике эти события в полном процессе регистрации почти всегда имеют разные статические веса, Т.е. в фотонных импульсах разное число фотонов.

Пределом разрешения радиационного преобразователя называют наибольшее число штрихов в 1 мм исходного изображения, созданного штриховой мирой, которые обнаруживаются раздельно при анализе выходного изображения в оптимальных условиях работы преобразователя.

Динамический диапазон РЭОП – наибольшеe отношение плотностей потокa энергии излучения нa двух полях исходного изображения, пpи котором на выходном изображении каждогo из этих полей одновременно обнаруживаютcя (визуально) объекты заданного размера, причeм контрастность исходного изображения указанныx объектов имеет одинаковое значениe для каждого из полей.

Временное разрешение – реакция преобразователя на изменение радиационного изображения во времени.

Следует отметить, что все указанные выше параметры взаимосвязаны сложным образом. Так, относительный квантовый выход Q зависит от размера элемента исходного выходного изображения, т.е. от пространственной частоты, и неодинаков в разных участках рабочего динамического диапазона. Разрешение РЭОП такжe разное в различныx участках динамического диапазона.

В установках РИ-60ТЭ использован монокристалл, сблокированный с одноканальным ЭОП и передающей телевизионной трубкой (рис. 2). Установка позволяет контролировать толщины до 70 мм при относительной чувствительности метода 2.. .4 %.

Рис. 2. Принципиальная схема установки РИ-60ТЭ на монокристалле: 1 – излучение; 2 – сварное соединение; 3 – монокристалл; 4 – объектив; 5 – передающий блок; 6 – ЭОП; 7 – телевизионная трубка; 8 – информационная телевизионная система.

Другие страницы по теме

Рэоп – рентгеновские электронно-оптические преобразователи

” :

  • < Капиллярный контроль
  • Сцинтuлляционные кристаллы >

Источник: http://weldzone.info/technology/control/946~reop-rentgenovskie-

Vetstudy — эволюция неизбежна!

Рентгеновское излучение и его преобразование в поток световых лучей (рентгеновские трубки, генераторы и электронно-оптические преобразователи)

Рентгенология — раздел радиологии, изучающий воздействие на организм животных и человека рентгеновского излучения, возникающие от этого заболевания, их лечение и профилактику, а также методы диагностики различных патологий при помощи рентгеновских лучей (рентгенодиагностика). В состав типового рентгенодиагностического аппарата входит питающее устройство (трансформаторы), высоковольтный выпрямитель, преобразующий переменный ток электрической сети в постоянный, пульт управления, штатив и рентгеновская трубка.

Рентгеновские лучи — это вид электромагнитных колебаний, которые образуются в рентгеновской трубке при резком торможении ускоренных электронов в момент их столкновения с атомами вещества анода.

В настоящее время общепризнанной считается точка зрения, что рентгеновские лучи по своей физической природе являются одним из видов лучистой энергии, спектр которых включает также радиоволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи и гамма-лучи радиоактивных элементов.

Рентгеновское излучение можно характеризовать как совокупность его наименьших частиц — квантов или фотонов.

Рис. 1 — передвижной рентгеновский аппарат:

A — рентгеновская трубка;Б — питающее устройство;

В — регулируемый штатив.

Рис. 2 — пульт управления рентгеновским аппаратом (механический — слева и электронный — справа):

A — панель для регулирования экспозиции и жёсткости;
Б — кнопка подачи высокого напряжения.

Рис. 3 — блок-схема типичного рентгенаппарата

1 — сеть;2 — автотрансформатор;3 — повышающий трансформатор;4 — рентгеновская трубка;5 — анод;6 — катод;

7 — понижающий трансформатор.

Рентгеновские лучи образуются в момент столкновения потока ускоренных электронов с веществом анода. При взаимодействии электронов с мишенью 99% их кинетической энергии превращается в тепловую энергию и только 1% — в рентгеновское излучение.

Рентгеновская трубка состоит из стеклянного баллона, в который впаяны 2 электрода: катод и анод. Из стеклянного баллона выкачен воздух: движение электронов от катода к аноду возможно лишь в условиях относительного вакуума (10-7–10-8 мм. рт. ст.).

На катоде имеется нить накала, являющаяся плотно скрученной вольфрамовой спиралью. При подаче электрического тока на нить накала происходит электронная эмиссия, при которой электроны отделяются от спирали и образуют рядом с катодом электронное облачко.

Это облачко концентрируется у фокусирующей чашечки катода, задающей направление движения электронов. Чашечка — небольшое углубление в катоде.

Анод, в свою очередь, содержит вольфрамовую металлическую пластину, на которую фокусируются электроны, — это и есть место образования рентгеновских лучей.

Рис. 4 — устройство рентгеновской трубки:А — катод;Б — анод;В — вольфрамовая нить накала;Г — фокусирующая чашечка катода;Д — поток ускоренных электронов;Е — вольфрамовая мишень;Ж — стеклянная колба;З — окно из бериллия;И — образованные рентгеновские лучи;

К — алюминиевый фильтр.

К электронной трубке подключены 2 трансформатора: понижающий и повышающий. Понижающий трансформатор раскаляет вольфрамовую спираль низким напряжением (5—15 вольт), в результате чего возникает электронная эмиссия.

Повышающий, или высоковольтный, трансформатор подходит непосредственно к катоду и аноду, на которые подаётся напряжение 20–140 киловольт.

Оба трансформатора помещаются в высоковольтный блок рентгеновского аппарата, который наполнен трансформаторным маслом, обеспечивающим охлаждение трансформаторов и их надёжную изоляцию.

После того как при помощи понижающего трансформатора образовалось электронное облачко, включается повышающий трансформатор, и на оба полюса электрической цепи подаётся высоковольтное напряжение: положительный импульс — на анод, и отрицательный — на катод.

Отрицательно заряженные электроны отталкиваются от отрицательно заряженного катода и стремятся к положительно заряженному аноду — за счёт такой разности потенциалов достигается высокая скорость движения — 100 тыс. км/с.

С этой скоростью электроны бомбардируют вольфрамовую пластину анода, замыкая электрическую цепь, в результате чего возникает рентгеновское излучение и тепловая энергия.

Рентгеновское излучение подразделяется на тормозное и характеристическое. Тормозное излучение возникает из-за резкого замедления скорости электронов, испускаемых вольфрамовой спиралью.

Характеристическое излучение возникает в момент перестройки электронных оболочек атомов. Оба этих вида образуются в рентгеновской трубке в момент столкновения ускоренных электронов с атомами вещества анода.

Спектр излучения рентгеновской трубки представляет собой наложение тормозного и характеристического рентгеновских излучений.

Рис. 5 — принцип образования тормозного рентгеновского излучения. Рис. 6 — принцип образования характеристического рентгеновского излучения.

  1. Рентгеновские лучи невидимы для визуального восприятия.
  2. Рентгеновское излучение обладает большой проникающей способностью сквозь органы и ткани живого организма, а также плотные структуры неживой природы, не пропускающие лучи видимого света.
  3. Рентгеновские лучи вызывают свечение некоторых химических соединений, называемое флюоресценцией.
    • Сульфиды цинка и кадмия флюоресцируют жёлто-зелёным цветом,
    • Кристаллы вольфрамата кальция — фиолетово-голубым.
  4. Рентгеновские лучи обладают фотохимическим действием: разлагают соединения серебра с галогенами и вызывают почернение фотографических слоёв, формируя изображение на рентгеновском снимке.
  5. Рентгеновские лучи передают свою энергию атомам и молекулам окружающей среды, через которую они проходят, проявляя ионизирующее действие.
  6. Рентгеновское излучение оказывает выраженное биологическое действие в облучённых органах и тканях: в небольших дозах стимулирует обмен веществ, в больших — может привести к развитию лучевых поражений, а также острой лучевой болезни. Биологическое свойство позволяет примененять рентгеновское излучение для лечения опухолевых и некоторых неопухолевых заболеваний.
радиоволныинфракрасное излучениевидимый светультрафиолетовое излучениерентгеновское излучениеγ-излучение (гамма)космическое излучение
30 км–0,15 см0,15 см–700 нм700–400 нм400–1,5 нм1,5–3×10-3 нм3×10-3–1×10-3 нм1×10-3–5×10-5 нм

Рентгеновские лучи имеют определённую длину волны и частоту колебаний. Длина волны (λ) и частота колебаний (ν) связаны соотношением: λ • ν = c, где c — скорость света, округлённо равная 300 000 км в секунду.

Энергия рентгеновских лучей определяется формулой E = h • ν, где h — постоянная Планка, универсальная постоянная, равная 6,626 • 10-34 Дж⋅с.

Длина волны лучей (λ) связана с их энергией (E) соотношением: λ = 12,4 / E.

Рентгеновское излучение отличается от других видов электромагнитных колебаний длиной волны (см. таблицу) и энергией кванта. Чем короче длина волны, тем выше её частота, энергия и проникающая способность. Длина волны рентгеновского излучения находится в интервале

1,5–3×10-3 нм

.

Изменяя длину волны рентгеновского излучения, можно регулировать его проникающую способность. Рентгеновские лучи имеют очень малую длину волны, но большую частоту колебаний, поэтому невидимы человеческим глазом.

Благодаря огромной энергии кванты обладают большой проникающей способностью, что является одним из главных свойств, обеспечивающих использование рентгеновского излучения в медицине и других науках.

Характеристики рентгеновского излучения

Интенсивность — количественная характеристика рентгеновского излучения, которая выражается количеством лучей, испускаемых трубкой в единицу времени. Интенсивность рентгеновского излучения измеряется в миллиамперах.

Сравнивая её с интенсивностью видимого света от обычной лампы накаливания, можно провести аналогию: так, лампа на 20 Ватт будет светить с одной интенсивностью, или силой, а лампа на 200 Ватт — с другой, при этом качество самого света (его спектр) является одинаковым.

Интенсивность рентгеновского излучения, по сути, это его количество.

Каждый электрон создаёт на аноде один или несколько квантов излучения, следовательно, количество рентгеновских лучей при экспонировании объекта регулируется путём изменения количества электронов, стремящихся к аноду, и количества взаимодействий электронов с атомами вольфрамовой мишени, что можно осуществить двумя путями:

  1. Изменяя степень накала спирали катода при помощи понижающего трансформатора (количество электронов, образующихся при эмиссии, будет зависеть от того, насколько сильно раскалена вольфрамовая спираль, а количество квантов излучения будет зависеть от количества электронов);
  2. Изменяя величину высокого напряжения, подводимого повышающим трансформатором к полюсам трубки — кадоду и аноду (чем выше напряжение подаётся на полюса трубки, тем большую кинетическую энергию получают электроны, которые за счёт своей энергии могут взаимодействовать с несколькими атомами вещества анода поочерёдно — см. рис. 5; электроны с низкой энергией смогут вступить в меньшее число взаимодействий).

Интенсивность рентгеновского излучения (анодный ток), помноженная на выдержку (время работы трубки), соответствует экспозиции рентгеновского излучения, которая измеряется в мАс (миллиамперах в секунду). Экспозиция — это параметр, который, также как и интенсивность, характеризует количество лучей, испускаемых рентгеновской трубкой.

Разница состоит лишь в том, что экспозиция учитывает ещё и время работы трубки (так, например, если трубка работает 0,01 сек., то количество лучей будет одним, а если 0,02 сек, то количество лучей будет другим — в два раза больше).

Экспозиция излучения устанавливается рентгенологом на контрольной панели рентгеновского аппарата в зависимости от вида исследования, размеров исследуемого объекта и диагностической задачи.

Жёсткость — качественная характеристика рентгеновского излучения. Измеряется величиной высокого напряжения на трубке — в киловольтах. Определяет проникающую способность рентгеновских лучей. Регулируется величиной высокого напряжения, подводимого к рентгеновской трубке повышающим трансформатором.

Чем выше разность потенциалов создаётся на электродах трубки, тем с большей силой электроны отталкиваются от катода и устремляются к аноду и тем сильнее их столкновение с анодом.

Чем сильнее их столкновение, тем короче длина волны у возникающего рентгеновского излучения и выше проникающая способность данной волны (или жёсткость излучения, которая, так же как и интенсивность, регулируется на контрольной панели параметром напряжением на трубке — киловольтажем).

Рис. 7 — Зависимость длины волны от энергии волны:

λ — длина волны;E — энергия волны

  • Чем выше кинетическая энергия движущихся электронов, тем сильнее их удар об анод и меньше длина волны образующегося рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение с большой длиной волны и малой проникающей способностью называется «мягким», с малой длиной волны и высокой проникающей способностью — «жёстким».

Рис. 8 — Соотношение напряжения на рентгеновской трубке и длины волны образующегося рентгеновского излучения:

  • Чем выше напряжение подаётся на полюса трубки, тем сильнее на них возникает разность потенциалов, следовательно, кинетическая энергия движущихся электронов будет выше. Напряжение на трубке определяет скорость движения электронов и силу их столкновения с веществом анода, следовательно, напряжение определяет длину волны возникающего рентгеновского излучения.
  1. По назначению
    1. Диагностические
    2. Терапевтические
    3. Для структурного анализа
    4. Для просвечивания
  2. По конструкции
    1. По фокусности
      • Однофокусные (на катоде одна спираль, а на аноде одно фокусное пятно)
      • Двухфокусные (на катоде две спирали разного размера, а на аноде два фокусных пятна)
    1. По типу анода
      • Стационарный (неподвижный)
      • Вращающийся

Рентгеновские лучи применяются не только в рентгенодиагностических целях, но также и в терапевтических. Как было отмечено выше, способноcть рентгеновского излучения подавлять рост опухолевых клеток позволяет использовать его в лучевой терапии онкологических заболеваний.

Помимо медицинской области применения, рентгеновское излучение нашло широкое применение в инженерно-технической сфере, материаловедении, кристаллографии, химии и биохимии: так, например, возможно выявление структурных дефектов в различных изделиях (рельсах, сварочных швах и пр.) с помощью рентгеновского излучения. Вид такого исследования называется дефектоскопией. А в аэропортах, на вокзалах и других местах массового скопления людей активно применяются рентгенотелевизионные интроскопы для просвечивания ручной клади и багажа в целях безопасности.

В зависимости от типа анода, рентгеновские трубки различаются по конструкции.

В силу того, что 99% кинетической энергии электронов переходит в тепловую энергию, во время работы трубки происходит значительное нагревание анода — чувствительная вольфрамовая мишень часто сгорает.

Охлаждение анода осуществляется в современных рентгеновских трубках при помощи его вращения. Вращающийся анод имеет форму диска, который распределяет тепло по всей своей поверхности равномерно, препятствуя локальному перегреву вольфрамовой мишени.

Конструкция рентгеновских трубок различается также по фокусности. Фокусное пятно — участок анода, на котором происходит генерирование рабочего пучка рентгеновского излучения. Подразделяется на реальное фокусное пятно и эффективное фокусное пятно (рис. 12). Из-за того, что анод расположен под углом, эффективное фокусное пятно меньше, чем реальное.

Различные размеры фокусного пятна используются в зависимости от величины области снимка. Чем больше область снимка, тем шире должно быть фокусное пятно, чтобы покрыть всю площадь снимка. Однако меньшее фокусное пятно формирует лучшую чёткость изображения.

Поэтому при производстве небольших снимков используется короткая нить накала и электроны направляются на небольшую область мишени анода, создавая меньшее фокусное пятно.

Рис. 9 — рентгеновская трубка со стационарным анодом. Рис. 10 — рентгеновская трубка с вращающимся анодом. Рис. 11 — устройство рентгеновской трубки с вращающимся анодом. Рис. 12 — схема образования реального и эффективного фокусного пятна.

Функция печати недоступна из системного меню вашего браузера. Для того чтобы распечатать эту страницу, нажмите на ссылку “Версия для печати” в заголовке статьи.

Охраняется законом РФ «Об авторском праве».
Размещение материалов на сторонних ресурсах возможно только с разрешения редакции портала.

Источник: https://vetstudy.ru/%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F/%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%BF%D1%8B/%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B0-%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D1%81%D0%BA%D0%B8%D1%85-%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%B9

Рентгеновское излучение и его преобразование в поток световых лучей

Рентгеновское излучение и его преобразование в поток световых лучей (рентгеновские трубки, генераторы и электронно-оптические преобразователи)

Во всех современных рентгеновских установках радиационное излучение образуется по методу, открытому в конце XIX ст. Рентгеном. Образование радиационного излучения происходит в рентгеновской трубке (рис. 1.

2а), содержащей положительно заряженный вольфрамовый электрод (анод), «бомбардируемый» электронами, исходящими из отрицательно заряженного электрода (катода).

Электроны, проходя от катода к аноду в электрическом поле, разгоняются до больших скоростей и, попадая на анодную пластинку, взаимодействуют с атомами вольфрама, производя рентгеновские лучи: во время прохождения через плотные положительно заряженные атомы вольфрама электроны резко теряют скорость; при этом энергия торможения преобразуется в поток рентгеновских фотонов. Скорость, с которой электроны атакуют вольфрамовый анод, зависит от разности потенциалов между электродами. В рентгеновских трубках, применяемых в ангиографии, эта разность потенциалов должна составлять 60—120 тыс. В (60— 120 кВ потенциалов; кВп). Уровень энергии рентгеновских фотонов также определяется разностью потенциалов и измеряется в килоэлектронвольтах (кэВ). Пик разности потенциалов между электродами рентгеновской трубки соответствует максимальной энергии рентгеновских фотонов в луче. Объем электронного потока между катодом и анодом определяет количество продуцируемых рентгеновских фотонов и измеряется в миллиамперах (мА). В ангиографической аппаратуре используется принцип пульсирующего образования рентгеновских лучей с короткой (несколько миллисекунд) экспозицией, что соответствует времени открытия створок кинокамеры, которое определяет экспозицию каждого кадра кинофильма.

Рис. 1.2.

Устройство рентгеновской трубки: а) простейшая рентгеновская трубка; б) рентгеновская трубка с вращающимся анодным диском

Катодный электронный поток фокусируется на малую зону анода (фокусное пятно), из которой исходит поток рентгеновских фотонов. При сравнительно больших размерах фокусного пятна контуры исследуемого объекта определяются нечетко, что значительно ухудшает качество ангиограмм. Однако уменьшение размера фокусного пятна путем простого сужения пучка электронного потока невозможно.

Известно, что при попадании электронов на анод выделяется большое количество тепла и, несмотря на высокую температуру плавления вольфрама, малый размер фокусного пятна при той высокой интенсивности работы трубки, какую требует ангиография, приведет к плавлению анода.

Для того чтобы этого не произошло, анод укрепляют на диске, который вращается с такой скоростью, при которой каждый следующий импульс попадает на другую точку анода. Скорость вращения диска при этом должна превышать 10 000 оборотов в 1 мин.

Для того чтобы соотношение между истинным и эффективным фокусным пятном было оптимальным, анодную пластинку устанавливают под углом к потоку электронов (рис. 2б). В ангиографических трубках определяют два диаметра эффективной площади фокусного пятна — малый и большой (соответственно 0,6 и 0,9 мм).

Мощность рентгеновской трубки должна соответствовать размерам фокусного пятна: 40 кВт — для малого фокусного пятна и 80 кВт — для большого. Еще одной важной характеристикой рентгеновской трубки является ее способность сохранять и рассеивать тепло. Этот показатель измеряется в тепловых единицах (кВп/мА/с). В современных ангиографических установках применяют керамические или графитовые рентгеновские трубки, которые способны выдерживать большие тепловые нагрузки, что повышает срок эксплуатации таких трубок и оправдывает их высокую стоимость. Оптимальные характеристики рентгеновских трубок, которые применяют в инвазивной кардиологии, приведены в табл. 1.2. Таблица 1.2

Характеристика рентгеновских трубок ангиографических установок

Генераторы ангиографических установок выполняют несколько важных функций. Во-первых, трансформируют напряжение бытовой сети до высоковольтного уровня, а во-вторых, преобразуют переменный ток сети в постоянный, что необходимо для образования однонаправленного потока электронов в рентгеновской трубке. От качества выпрямления тока зависит наличие большего или меньшего количества осцилляций на выходе генератора. Современные модели генераторов дают минимальную осцилляцию на выходе, хотя некоторые различия в изготовлении отдельных моделей все еще остаются. Выходная мощность генераторов измеряется в кВт, что должно соответствовать мощности рентгеновской трубки. Так, для трубки мощностью 80 кВт (при большом фокусном пятне) мощность генератора должна составлять 80—125 кВт. Основные характеристики генераторов, используемых в ангиографических установках, представлены в табл. 1.3. Таблица 1.3

Характеристика генераторов ангиографических установок

? Для преобразования рентгеновского излучения в световые лучи, а также увеличения изображения применяют электронно-оптические преобразователи (усилители изображения) (рис. 1.3). Входной флюоресцентный фосфорный экран абсорбирует каждый рентгеновский фотон, трансформируя его энергию во множество (более тысячи) световых фотонов. Этот экран смонтирован в непосредственной близости от фотокатода (металлического экрана, излучающего фотоэлектроны при его освещении). Фотоэлектроны, направленные фокусирующими пластинами, попадают к аноду, который находится возле выходного флюоресцентного экрана. Анод разгоняет фотоэлектроны до высоких скоростей; выходной флюоресцентный экран начинает излучать световые фотоны после того, как на него попадают значительно ускоренные анодом фотоэлектроны. Увеличение размеров изображения по сравнению с натуральными размерами объекта происходит вследствие того, что каждый фотон рентгеновского излучения на входном экране и фотокатоде вызывает излучение большого количества фотоэлектронов, которые ускоряясь в свою очередь вызывают излучение большого количества световых фотонов. Кроме того, размеры выходного флюоресцентного экрана значительно меньше размеров входного, что приводит к концентрации фотонов в меньшем, но зато значительно более ярком поле. Без такого усиления яркости невозможно проведение ангиоскопии и ангиографии. Все ангиографические установки оснащены распределителем светового потока (полупосеребренное зеркало), который дает возможность проводить киноангиографию и флюороскопию одновременно.

Рис. 1.3.

Схематическое изображение и принцип работы электронно-оптического усилителя изображения

Электронно-оптические преобразователи современных ангиографических установок позволяют пошагово увеличивать изображение исследуемого объекта или, другими словами, уменьшать диаметр исследуемого поля. Стандартные диаметры исследуемого поля составляют 22—25 см (минимальное увеличение), 15—17 см (среднее увеличение) и 10—12 см (максимальное увеличение). Режим увеличения выбирают в соответствии с объектом и целью исследования. Так, для исследования крупных сосудов, таких как аорта, магистральные артерии нижних конечностей и т.п., необходимо использовать минимальное увеличение. Для коронарографии и анализа характера атеросклеротического поражения коронарных артерий приемлемым является среднее и максимальное увеличение. Характеристики рентгеновской трубки и генератора ангиографических установок играют важную роль в инвазивной кардиологии и, в частности, для визуализации стентов при их имплантации. Рентгеновская визуализация материала зависит от поглощения данным материалом рентгеновских лучей, которое в свою очередь зависит от качества излучения (фотоновой энергии) и атомного числа исследуемого материала (количества электронов). В тканях человека наиболее рентгенопоглощающим материалом является кальций (атомное число — 20). Йодсодержащая контрастная среда имеет атомное число 53. Большинство стентов, имплантируемых в коронарные артерии, изготовлены из нержавеющей стали (металла с атомным числом около 26), однако некоторые внутрикоронарные стенты изготавливают из металлов с большой атомной массой, например из платины (атомное число — 78) или тантала (атомное число — 73). Таким образом, количество поглощаемых фотонов, а следовательно, и рентгеноконтрастность стентов, зависит от количества и качества излучения, а также от количества и качества материала, из которого стент изготовлен. На визуализацию стентов влияет такой фактор, как тучность пациента. При выраженной тучности для визуализации объекта требуется больше фотонной энергии (кВп) (фотонная энергия — качественный рентгенографический показатель). Увеличение кВп приводит к большему рассеиванию радиации; интенсивность серого цвета поля повышается, детали исследуемого объекта утрачиваются, то есть повышение качественного рентгенографического показателя приводит к потере качества визуализации стентов (рис. 1.4, 1.5).

Рис. 1.4.

Снимок, выполненный при низком показазателе фоновой энергии (110 кВп)

Рис. 1.5. Снимок, выполненный при высоком покателе фоновой энергии (70 кВп) Важным фактором для визуализации стента является однократная доза (количественный рентгенологический показатель) для ангиографии или ангиоскопии. Слишком низкая доза не позволяет визуализировать стент в квантовом шуме; слишком высокая доза делает стент невидимым на фоне поля интенсивного серого цвета. Приемлемыми уровнями дозы радиации для современных ангиографических установок при использовании поля 17 см (7 дюймов) являются следующие. Для ангиоскопии — 32 нГр/кадр; при частоте импульсов 12,5 в 1 с уровень дозы составляет 400 нГр. Для ангиографии — 100 нГр/кадр при цифровой записи и 150 нГр/кадр — для кинозаписи.

На четкость визуализации стентов влияет также размер фокусного пятна. При фокусном пятне размером >1 мм металлические проволочные конструкции с диаметром проволоки

Рис. 1.6.

Снимок, выполненный при размере фокусного пятна 0,3 мм

Рис. 1.7. Снимок, выполненный при размере фокусного пятна 1,2 мм В современных ангиографических установках используют пульсовую ангиоскопию (рис. 1.8—1.10), которая повышает качество изображения и снижает дозу облучения.

Рис. 1.8.

Последовательная (стандартная) флюороскопия в момент движения стентов

. Имитируетсяреальная ситуация визуализации стента, расположенного в коронарной артерии Рис. 1.9. Пульсовая (современная) флюороскопия в момент движения стентов. Имитируется реальная ситуация визуализации стента, расположенного в коронарной артерии

Рис. 1.10.

Пульсовая (современная) флюороскопия в момент движения стентов с использованием специального дигитального фильтра, улучшающего изображение

. Имитируется реальная ситуация визуализации стента, расположенного в коронарной артерии

Источник: Коваленко В.Н.. Руководство по кардиологии. Часть 2. 2008

Источник: https://med-books.info/kardiologiya_730/rentgenovskoe-izluchenie-ego-preobrazovanie-46130.html

Лекция 17

Рентгеновское излучение и его преобразование в поток световых лучей (рентгеновские трубки, генераторы и электронно-оптические преобразователи)

Рентгеновское излучение, его природа.Тормозное и характеристическоерентгеновское излучение. Взаимодействиерентгеновского излучения с веществом.Слой половинного ослабления. Защита отрентгеновского излучения. Физическиепринципы рентгенодиагностики ирент­генотерапии. Понятие о рентгеновскойкомпьютерной томографии.

Рентгеновское излучение

Рентгеновскимизлучением называют электромагнитныеволныс длиной приблизительно от 80 до 10-5нм Наиболее длинноволновоерентгеновское излучение перекрываетсякоротковолновымультрафиолетовым, коротковолновое —длинноволновым-излучением.По способу получения рентгеновскоеизлучение подразделяют на тормозное ихарактеристическое

26.1. Устройство рентгеновской трубки. Тормозное рентгеновское излучение

Н

Рис. 26.1

аиболее распространенным источникомрентгеновского излученияявляется рентгеновская трубка, котораяпредставляет собой двухэлектродныйвакуумный прибор (рис. 26.1). Подогревныйкатод 1 испускаетэлектроны 4.

Анод2, называемыйчасто антикатодом, имеетнаклонную поверхность, для того чтобынаправить возникающеерентгеновское излучение 3 под углом коси трубки. Анод изготовлениз хорошо проводящего тепло материаладля отвода теплоты,образующейся при ударе электронов.

Поверхность анода выполнена из тугоплавкихматериалов, имеющих большой порядковыйномер в таблице Менделеева, напримериз вольфрама. В отдельныхслучаях анод специально охлаждают водойили маслом.

Д

Рис. 26.2

ля диагностических трубок важнаточечность источникарентгеновских лучей, чего можнодостигнуть, фокусируя электроны в одномместе анода (антикатода).

Поэтому конструктивноприходится учитывать две противоположныезадачи: с одной стороны,электроны должны попадать на одно местоантикатода, с другой стороны, чтобы недопустить перегрева, желательнораспределение электронов по разнымучасткам анода.

В качестве одного изинтересных техническихрешений является рентгеновская трубкас вращающимся анодом(рис. 26.2).

Врезультате торможения электрона (илииной заряженной частицы) электростатическимполем атомного ядра и атомных электроноввеществ антикатода возникает тормозноерентгеновскоеизлучение.

Механизм его можно пояснитьследующим образом. С движущимсяэлектрическим зарядом связано магнитноеполе, индук­циякоторого зависит от скорости электрона.При торможении уменьшается магнитнаяиндукция и в соответствии с теориейМаксвеллапоявляется электромагнитная волна.

П

Рис. 26.3

ри торможении электронов лишь частьэнергии идет на созданиефотона рентгеновского излучения, другаячасть расходуется нанагревание анода.

Так как соотношениемежду этими частями случайно,то при торможении большого количестваэлектронов возникает рентгеновскоеизлучение с непрерывным (сплошным)спектром. На рис. 26.

3 представленызависимости потока рентге­новскогоизлучения от длины волны А. (спектры)при разных на­пряженияхна рентгеновскойтрубке: Ul< U2< U3.

В каждомиз спектров наиболее коротковолновоетормозное из­лучение,соответствующее длине волны min,возникает тогда, когдаэнергия, приобретенная электроном вускоряющем поле, полностьюпереходит в энергию фотона:

eU= hmax= hc/min, (26.1)

откуда

min= hc/(eU) (26.2)

Этуформулу можно преобразовать в болееудобное для практи­ческихцелей выражение:

min=12,3/U, (26.3)

гдеmin— минимальная длина волны, 10-10м; U—напряжение, кВ.Формула (26.3) соответствует рис. 26.3

Коротковолновоерентгеновское излучение обычно обладаетбольшей проникающей способностью, чемдлинноволновое, и на­зываетсяжестким,адлинноволновое — мягким.

Увеличиваянапряжение на рентгеновской трубке,изменяют спектральныйсостав излучения, увеличивая долюжесткой ком­поненты, как это видно изрис. 26.3 и формулы (26.3).

Рис. 26.4 Рис. 26.5

Еслиувеличить температуру накала катода,то возрастут эмиссия электронов и силатока в трубке. Это приведет к увеличениючислафотонов рентгеновского излучения,испускаемых каждую секунду.Спектральный состав его не изменится.На рис. 26.4 показаны спектры тормозногорентгеновского излучения при одномнапряжении,но при разной силе тока накала катода:Iн1< Iн2.

Поток рентгеновского излучениявычисляется по формуле

(26.4)

где UиI—напряжение между электродами и силатока в рентге­новскойтрубке, Z—порядковый номер атома веществаантикатода,k= 10-9В-1— коэффициент пропорциональности.Спектры, полученныеот разных антикатодов при одинаковыхUиIн,изображенына рис. 26.5.

Рентгеновский аппарат

Простейший рентгеновский аппарат.Р- рентгеновская трубка,Т1-высоковольтный трансформатор,АТ- автотрансформатор,Т2-низковольтный трансформатор цепи накала,R-переменное сопротивление.

Источник: https://studfile.net/preview/5243797/

Рентгеновские генераторы и трубки

Рентгеновское излучение и его преобразование в поток световых лучей (рентгеновские трубки, генераторы и электронно-оптические преобразователи)

Рентгеновский генератор состоит из излучателя и рентгеновского питающего устройства (РПУ).

Рентгеновским излучателем называют систему, состоящую из источника излучения – рентгеновской трубки и защитного кожуха, в котором размещается трубка.

Рентгеновская трубка представляет собой высоковольтный электровакуумный прибор.

Трубка состоит из накаливаемого катода, являющегося источником электронов, и анода, в веществе которого тормозят электроны, ускорение электрическим полем, приложенным к электродам трубки.

Электроды трубки помещаются в стеклянный баллон, объединяющий элементы трубки в единую конструкцию. В современных трубках остаточное давление газов в баллоне достигает 10-4 Па (10-6 мм рт. ст.).

В результате бомбардировки анода потоком ускоренных электронов и торможения их на участке поверхности анода (в фокусе) возникает рентгеновское излучение, которое испускается практически равномерно в телесном угле 2π, если не считать некоторого ослабления излучения около плоскости анода. В рентгенодиагностике используется узкий пучок излучения. Для того чтобы выделить этот пучок из полусферы излучения, активную поверхность анода, на которой находится фокус, располагают под углом 90° – β к оси трубки (рис. 1.1). Используемую часть пучка излучения можно представить в виде четырёх сторон шторками диафрагмы. Высоту пирамиды, перпендикулярную к оси трубки, называют центральным лучом, или осью пучка. Наибольший угол между гранями пирамиды равен 2β. Остальная часть не используется, и необходимо принимать меры для защиты от ее воздействия.

Действительный фокус трубки имеет вид прямоугольника и называется линейным.

Проекция фокуса на плоскость, перпендикулярную центральному лучу, представляет собой квадрат со сторонами от 0,1 до 2 мм и называется эффективным фокусным пятном рентгеновской трубки.

Важно отметить, что только на перпендикуляре к оси трубки эффективный фокус имеет квадратную форму и номинальные размеры и форма фокуса изменяются. Это иногда требует определенной ориентации трубки относительно исследуемого объекта.

Электронный поток, бомбардирующий анод трубки, возникает благодаря термоэлектронной эмиссии с накаливаемой электрическим током вольфрамовой спирали.

Для ограничения размеров фокуса применяется электростатическая фокусировка потока электронов. С этой целью катодную спираль вытянутой формы располагают в специальном гнезде.

Форма гнезда и глубина расположенной в нем спирали создает необходимую конфигурацию электрического поля.

Рентгенодиагностические трубки разделяют на трубки с неподвижным анодом и на трубки с вращающимся анодом. Применение трубок с неподвижным анодом ограничено из-за малой мощности, которую способен рассеять анод трубки за малые промежутки времени.

При вращении анода под электронный луч попадают последовательно набегающие элементы фокусной дорожки, площадь которой во много раз больше действительного фокусного пятна.

Температура элементов фокусной дорожки за время прохождения под лучом повышается на 1500-2000° С, а за время одного оборота анода уменьшается в 15-20 раз за счёт перераспределения теплового поля в глубине слои тела анода.

При повторных прохождениях элемента под электронным лучом картина повторяется и максимальная температура фокуса (элемента фокусной дорожки при прохождении его под лучом) повышается сравнительно медленно. Это позволяет при большой выделяемой на аноде мощности уменьшить величину эффективного фокусного пятна, обеспечив тем самым малую геометрическую нерезкость.

Вследствие преимущества трубок с вращающимся анодом ими комплектуют не только все стационарные, но и многие передвижные и палатные аппараты. Применение трубок с неподвижным анодом ограничено в настоящее время дентальными и переносными аппаратами.

Рассмотрим особенность работы трубки с вращающимся анодом. Конструкция такой трубки изображена на рис. 1.2.

Анодный диск из вольфрама соединен с полым медным ротором тонким молибденовым стержнем и вращается под воздействием вращающегося электромагнитного поля статора.

Катодный узел расположен эксцентрично относительно оси трубки и вместе с фокусирующим устройством закреплен в баллоне трубки.

Более 99% подводимой к фокусу энергии расходуется на нагрев анода и только малая часть (~0,5%) переходит в рентгеновское излучение. Допустимая мощность фокуса трубки (Рдоп) и длительность ее воздействия (t0) определяются степенью нагрева фокуса, фокусной дорожки и анода в целом. Соотношения

Pдоп = f(t0) (1.1)

Wдоп = Pдоп t0 (1.2)

характеризуют так называемую нагрузочную способность рентгеновской трубки; здесь Wдоп – допустимая энергия, выделяемая на аноде.

Источник: https://studopedia.ru/8_122041_rentgenovskie-generatori-i-trubki.html

Устройство рентгеновского аппарата: что это и как работает визуализация рентген излучения

Рентгеновское излучение и его преобразование в поток световых лучей (рентгеновские трубки, генераторы и электронно-оптические преобразователи)

Устройство рентгеновского аппарата долгие годы остается неизменным и в целом состоит из одних и тех же элементов: генератора, источника излучения, внешней контрольной панели и прочих перифических и вспомагательных узлов.

Однако их комплектация, габариты и функции, зависят от назначения и профиля деятельности системы. К примеру, стационарные рентгенодиагностические аппараты для флюорографии разительно отличаются от операционных рентгенов типа С-дуга не только по размерам, но и по ряду компонентов, которые хоть и выполняют одну и туже задачу, но делают это иначе.

Как устроен рентген аппарат

Рентген установки состоят из следующих деталей:

1.Рентгеновская трубка

Электровакуумный прибор, который состоит из катода (источника для излучения электродов) и анода (мишени, где они останавливаются). Разогрев катода происходит благодаря подачи высоковольтного напряжения через минусовой кабель с трансформатора. Он размещается в генераторном приборе.

Накаленная спираль катода, при взаимодействии с трубкой, из-за напряжения выбрасывает ускоренный поток электронов. После чего они приостанавливаются на вольфрамовой пластинке анода. Таким способом образуются электромагнитные волны.

2.Блок питания

Выполняет задачу подачи и распределения электроэнергии и регулирования радиационных параметров. Может включать выпрямитель тока и трансформатор, позволяющий работать при более высоком напряжении.

3.Преобразователь

ЭОП или другие устройства для трансформирования рентгеновского спектра в видимое изображение.

4.Система управления

Она же контрольная приборная панель, которая регулирует функционирование всего механизма.

5.Штативы

Нужны для крепежа генератора излучения и дальнейшего манипулирования им.

6.Вспомогательные аксессуары и средства защиты

Корпус рентгеновского аппарата выполнен из свинца, который поглощает избыточную радиацию, защищая тем самым медперсонал.

Принцип работы рентген аппарат

Медицинский рентген аппарат позволяет проводить неинвазивную оценку костно-мышечных тканей организма. С его помощью осуществляется диагностика и лечение различных заболеваний.

Формирование рентгенограммы включает три отдельных этапа:

· Создание рентгеновского луча

· Взаимодействие его со структурами пациента, подвергнутого визуализации

· Получение изображения

Генерация ультрафиолета

Рентгеновский луч – это невидимая форма света, длина и частота волны которой не видна человеческому глазу. Для его преобразования применяется особая фотокамера.

Этот светопоток необходим для увеличения количества видимого света, доступного для фотографии в течение короткого времени, когда камера фактически делает снимок (создавая визуальную картину).

В лампе используется различные фильтры, чтобы облучение проходило только в указанном диапазоне. Это достигается либо автоматически, либо же, в более сложных случаях, самим оператором через механизм переменного регулирования.

Взаимодействие луча с пациентом

Когда видимый свет от лампы-вспышки попадает на кожу человека, он отражается обратно на объектив камеры. Таким образом, создается снимок области человека на пленке внутри видеоаппарата.

Объектив и пленка предназначены для снимка видимого света. Как правило, они не могут создать картину за пределами видимого диапазона.

Поскольку радиоизлучение распространяется намного быстрее и имеет гораздо меньшую длину волны, оно обладает большой «проникающей способностью». Это означает, что когда микролуч попадает на одну и ту же область человека, то не останавливается на коже, а продолжает проходить через мягкие ткани, пока не встретится с относительно плотным материалом, таким как кость.

Так же можно визуализировать и кровеносные сосуды человека (при добавлении внутривенно определенного красителя), такие устройства называются ангиографы.

Разработка изображения

Только около 1% рентген лучей, падающих на тело, выходит из него для получения окончательного снимка. Кадр формируется на специальной пластине, которая похожа на пленку. Остальные 99% или поглощаются организмом, или рассеиваются.

Тот световой фон, который отражается телом, обычно затухает случайным образом. Если поток достигает рентгенографической пластины, он имеет тенденцию затеняться. Поэтому для предотвращения их попадания применяют сетку против рассеивания, которая похожа на набор частично закрытых жалюзи.

После прохождения данной сетки поток попадает на пластину, которая работает почти идентично пленке. В последние годы были достигнуты модификации в процессе разработки таких пластинок. Теперь они обеспечивают необходимую четкость при значительно более низком облучении пациента.

Источник: http://medicalstore.com.ua/ustroistvo-rentgenovskogo-apparata/

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5cd56130a27d9900b324d676/5d24d6b595aa9f00ac9e9cd5

Books-med
Добавить комментарий