Razele X sunt create prin conversia energiei electronilor în fotoni, care apare într-un tub de raze X. Cantitatea (expunerea) și calitatea (spectrul) radiației pot fi ajustate prin modificarea curentului, a tensiunii și a timpului de funcționare al dispozitivului.
Principiul de funcționare
Tuburile cu raze X (foto afișată în articol) sunt convertoare de energie. Îl iau din rețea și îl transformă în alte forme - radiații pătrunzătoare și căldură, aceasta din urmă fiind un produs secundar nedorit. tubul este de așa natură încât maximizează producția de fotoni și disipează căldura cât mai repede posibil.
Tubul este un dispozitiv relativ simplu, care conține de obicei două elemente fundamentale - un catod și un anod. Când curentul trece de la catod la anod, electronii pierd energie, rezultând generarea de raze X.
Anod
Anodul este componenta în care sunt emiși fotonii de înaltă energie. Acesta este un element metalic relativ masiv care este conectat la polul pozitiv circuit electric. Îndeplinește două funcții principale:
- transformă energia electronilor în raze X,
- disipă căldura.
Materialul anodului este selectat pentru a îmbunătăți aceste funcții.
În mod ideal, majoritatea electronilor ar trebui să producă fotoni de înaltă energie, mai degrabă decât căldură. Proporția din energia lor totală care este convertită în raze X (eficiență) depinde de doi factori:
- numărul atomic (Z) al materialului anodului,
- energia electronilor.
Majoritatea tuburilor cu raze X folosesc wolfram ca material anodic, care are un număr atomic de 74. Pe lângă Z mare, acest metal are câteva alte caracteristici care îl fac potrivit pentru acest scop. Tungstenul este unic prin capacitatea sa de a menține puterea atunci când este încălzit temperatură ridicată topire și viteză scăzută de evaporare.
Timp de mulți ani, anodul a fost fabricat din wolfram pur. ÎN ultimii ani a început să folosească un aliaj al acestui metal cu reniu, dar numai la suprafață. Anodul însuși, sub un strat de tungsten-reniu, este realizat din material ușor, care acumulează bine căldura. Două astfel de substanțe sunt molibdenul și grafitul.
Tuburile cu raze X utilizate pentru mamografie sunt realizate cu un anod acoperit cu molibden. Acest material are un număr atomic intermediar (Z=42), care generează fotoni caracteristici cu energii potrivite pentru imagistica sânilor. Unele aparate de mamografie au și un al doilea anod din rodiu (Z=45). Acest lucru permite o energie sporită și o penetrare mai mare pentru sânii denși.
Aliajul îmbunătățește randamentul radiațiilor pe termen lung - în timp, eficiența dispozitivelor cu un anod de tungsten pur scade din cauza deteriorării termice a suprafeței.
Majoritatea anozilor au forma unor discuri teșite și sunt atașați de arborele unui motor electric, care îi rotește la viteze relativ mari în timp ce emite raze X. Scopul rotației este de a elimina căldura.
Punct focal
Nu întreg anodul este implicat în generarea de radiații cu raze X. Are loc pe zonă mică suprafața sa - punctul focal. Dimensiunile acestuia din urmă sunt determinate de dimensiunile fasciculului de electroni provenit de la catod. În majoritatea dispozitivelor are formă dreptunghiulară si variaza intre 0,1-2 mm.
Tuburile cu raze X sunt proiectate cu o dimensiune specifică a punctului focal. Cu cât este mai mic, cu atât este mai puțin neclar și claritatea imaginii, și cu cât este mai mare, cu atât căldura este mai bine disipată.
Dimensiunea spotului focal este unul dintre factorii care trebuie luați în considerare la selectarea tuburilor cu raze X. Producătorii produc dispozitive cu puncte focale mici atunci când este necesar să se obțină o rezoluție ridicată și o radiație suficient de scăzută. De exemplu, acest lucru este necesar atunci când se examinează părți mici și subțiri ale corpului, cum ar fi în mamografie.
Tuburile cu raze X sunt, în general, fabricate cu două dimensiuni ale punctelor focale, mari și mici, care pot fi selectate de către operator conform procedurii de imagistică.
Catod
Funcția principală a catodului este de a genera electroni și de a-i colecta într-un fascicul îndreptat către anod. De obicei, constă dintr-o bobină mică de sârmă (fir) încorporată într-o adâncitură în formă de cupă.
Electronii care trec printr-un circuit de obicei nu pot părăsi conductorul și merg în spațiul liber. Cu toate acestea, pot face acest lucru dacă primesc suficientă energie. Un proces cunoscut sub numele de emisie termoionică folosește căldura pentru a expulza electronii din catod. Acest lucru devine posibil atunci când presiunea din tubul de raze X evacuat atinge 10 -6 -10 -7 mm Hg. Artă. Filamentul se încălzește în același mod ca filamentul unei lămpi cu incandescență atunci când trece curent prin el. Post tub cu raze X este însoțită de încălzirea catodului la temperatura de strălucire cu deplasarea unor electroni din acesta prin energie termică.
Balon
Anodul și catodul sunt conținute într-o carcasă etanșă - un cilindru. Cilindrul și conținutul său sunt adesea denumite inserție, care are o durată de viață limitată și poate fi înlocuită. Tuburile cu raze X au în mare parte becuri de sticlă, deși pentru unele aplicații se folosesc becuri din metal și ceramică.
Funcția principală a balonului este de a oferi suport și izolație și de a menține vidul. Presiunea din tubul cu raze X evacuat la 15°C este de 1,2·10 -3 Pa. Prezența gazelor în cilindru ar permite electricității să curgă liber prin dispozitiv și nu doar sub forma unui fascicul de electroni.
Cadru
Designul tubului cu raze X este astfel încât, pe lângă faptul că închide și susține alte componente, corpul său servește drept scut și absoarbe radiația, cu excepția fasciculului util care trece prin fereastră. Suprafața sa exterioară relativ mare disipă cea mai mare parte a căldurii generate în interiorul dispozitivului. Spațiul dintre carcasă și inserție este umplut cu ulei, care asigură izolarea și răcirea.
Lanţ
Un circuit electric conectează tubul la o sursă de energie numită generator. Sursa primește energie de la rețea și transformă curentul alternativ în curent continuu. Generatorul vă permite, de asemenea, să reglați unii parametri ai circuitului:
- KV - tensiune sau potențial electric;
- MA este curentul care circulă prin tub;
- S - durata sau timpul de expunere, în fracțiuni de secundă.
Circuitul asigură mișcarea electronilor. Ele sunt încărcate cu energie care trece prin generator și o dau anodului. Pe măsură ce se mișcă, au loc două transformări:
- energia electrică potențială este transformată în energie cinetică;
- cinetica, la rândul său, este transformată în raze X și căldură.
Potenţial
Când electronii intră în bec, ei au energie potențială electrică, a cărei cantitate este determinată de tensiunea KV dintre anod și catod. Tubul cu raze X funcționează sub tensiune, pentru a crea 1 KV din care fiecare particulă trebuie să aibă 1 keV. Prin ajustarea KV, operatorul oferă o anumită cantitate de energie fiecărui electron.
Cinetica
Presiunea scăzută din tubul de raze X evacuat (la 15°C este de 10 -6 -10 -7 mm Hg) permite particulelor să zboare din catod către anod sub influența emisiei termoionice și a forței electrice. Această forță le accelerează, ceea ce duce la creșterea vitezei și a energiei cinetice și la scăderea potențialului. Când o particulă lovește anodul, potențialul său se pierde și toată energia sa este convertită în energie cinetică. Un electron de 100 keV atinge o viteză care depășește jumătate Când lovește o suprafață, particulele încetinesc foarte repede și își pierd energia cinetică. Se transformă în raze X sau căldură.
Electronii vin în contact cu atomii individuali ai materialului anodic. Radiația este generată atunci când interacționează cu orbitalii (fotonii de raze X) și cu nucleul (bremsstrahlung).
Energia de comunicare
Fiecare electron din interiorul unui atom are o anumită energie de legare, care depinde de mărimea acestuia din urmă și de nivelul la care se află particula. Energia de legare joacă un rol important în generarea de raze X caracteristice și este necesară pentru a îndepărta un electron dintr-un atom.
Bremsstrahlung
Bremsstrahlung produce cel mai mare număr fotonii. Electronii care pătrund în materialul anodului și care trec în apropierea nucleului sunt deviați și încetiniți de forța atomică de atracție. Energia lor, pierdută în timpul acestei întâlniri, apare sub forma unui foton cu raze X.
Spectru
Doar câțiva fotoni au o energie apropiată de cea a electronilor. Pentru majoritatea dintre ei este mai mic. Să presupunem că există un spațiu, sau câmp, în jurul nucleului în care electronii experimentează o forță de „frânare”. Acest câmp poate fi împărțit în zone. Acest lucru dă câmpului nuclear aspectul unei ținte cu un atom în centru. Un electron care lovește orice punct al țintei experimentează o decelerare și generează un foton cu raze X. Particulele care lovesc cel mai aproape de centru sunt afectate cel mai mult și, prin urmare, pierd cea mai mare energie, producând fotoni cu cea mai mare energie. Electronii care intră în zonele exterioare experimentează mai mult și generează cuante cu energie mai mică. Deși zonele au aceeași lățime, ce au zonă diferită, în funcție de distanța până la nucleu. Deoarece numărul de particule care cad într-o zonă dată depinde de aria sa totală, este evident că zonele exterioare captează mai mulți electroni și creează mai mulți fotoni. Folosind acest model, spectrul de energie al radiațiilor X poate fi prezis.
Emax de fotoni din spectrul principal de radiație bremsstrahlung corespunde Emax de electroni. Sub acest punct, pe măsură ce energia cuantelor scade, numărul acestora crește.
Un număr semnificativ de fotoni de energie scăzută sunt absorbiți sau filtrați în timp ce încearcă să treacă prin suprafața anodului, fereastra tubului sau filtrul. Filtrarea, de regulă, depinde de compoziția și grosimea materialului prin care trece fasciculul, ceea ce determină forma finală a curbei spectrului de energie scăzută.
influența KV
Partea de înaltă energie a spectrului este determinată de tensiunea din tuburile de raze X, kV (kilovolti). Acest lucru se datorează faptului că determină energia electronilor care ajung la anod, iar fotonii nu pot avea un potențial mai mare decât acesta. La ce tensiune funcționează tubul cu raze X? Energia maximă a fotonului corespunde potențialului maxim aplicat. Această tensiune se poate modifica în timpul expunerii din cauza curentului de curent alternativ. În acest caz, E max al fotonului este determinat de tensiunea de vârf a perioadei de oscilație KV p .
Pe lângă potențialul cuantic, KV p determină cantitatea de radiație creată de un anumit număr de electroni care lovesc anodul. Deoarece eficiența generală a bremsstrahlung crește datorită creșterii energiei electronilor de bombardare, care este determinată de KV p, rezultă că KV p afectează eficiența dispozitivului.
Schimbarea KV p, de regulă, schimbă spectrul. Suprafata totala sub curba energiei reprezintă numărul de fotoni. Fără filtru, spectrul este un triunghi, iar cantitatea de radiație este proporțională cu pătratul KV. Cu un filtru, creșterea KV crește și penetrarea fotonului, ceea ce reduce procentul de radiație filtrată. Acest lucru duce la o creștere a emisiei de radiații.
Radiația caracteristică
Tipul de interacțiune care produce radiații caracteristice implică ciocnirea electronilor de mare viteză cu cei orbitali. O interacțiune poate avea loc numai atunci când particula care intră are un E k mai mare decât energia de legare din atom. Când această condiție este îndeplinită și are loc o coliziune, electronul este eliminat. În acest caz, rămâne un loc vacant, ocupat de o particulă cu un nivel energetic mai ridicat. Pe măsură ce electronul se mișcă, eliberează energie, care este emisă sub formă de cuantum de raze X. Aceasta se numește radiație caracteristică, deoarece E al fotonului este caracteristica element chimic, din care este realizat anodul. De exemplu, atunci când un electron de la nivelul K al wolframului cu legătură E = 69,5 keV este eliminat, locul vacant este ocupat de un electron de la nivelul L cu legătură E = 10,2 keV. Fotonul caracteristic cu raze X are o energie egală cu diferența dintre aceste două niveluri, sau 59,3 keV.
De fapt, un anumit material anodic dă naștere unei game de energii caracteristice de raze X. Acest lucru se întâmplă deoarece electronii la diferite niveluri de energie (K, L etc.) pot fi eliminați prin bombardarea particulelor, iar locurile libere pot fi umplute de la diferite niveluri de energie. Deși umplerea locurilor libere de nivel L generează fotoni, energiile acestora sunt prea scăzute pentru a fi utilizate în imagistica de diagnosticare. Fiecărei energie caracteristică i se dă o desemnare care indică orbitalul în care s-a produs vacant, cu un indice care indică sursa ocupării electronilor. Indice alfa (α) indică ocuparea unui electron de la nivelul L, iar beta (β) indică ocuparea de la nivelul M sau N.
- Spectrul de tungsten. Radiația caracteristică acestui metal produce un amestec de mai multe energii discrete, în timp ce radiația bremsstrahlung creează o distribuție continuă. Numărul de fotoni produși de fiecare energie caracteristică diferă prin aceea că probabilitatea de a umple un loc liber de nivel K depinde de orbital.
- Spectrul de molibden. Anozii din a acestui metal, utilizate pentru mamografie, produc două energii de raze X caracteristice destul de intense: K-alfa la 17,9 keV și K-beta la 19,5 keV. Spectrul optim al tuburilor de raze X, permițând obținerea celui mai bun echilibru între contrast și pentru un sân de mărime medie, se realizează la E f = 20 keV. Cu toate acestea, bremsstrahlung este produs la energii mari. Echipamentul de mamografie folosește un filtru de molibden pentru a îndepărta partea nedorită a spectrului. Filtrul funcționează pe principiul K-edge. Absoarbe radiația care depășește energia de legare a electronilor la nivelul K al atomului de molibden.
- Spectrul de rodiu. Rodiul are număr atomic 45 și molibden 42. Prin urmare, emisia caracteristică de raze X de la un anod de rodiu va avea o energie puțin mai mare decât molibdenul și mai pătrunzătoare. Acesta este folosit pentru a obține imagini cu sâni denși.
Anozii cu suprafețe duble, molibden-rodiu, permit operatorului să aleagă o distribuție optimizată pentru glandele mamare dimensiuni diferite si densitate.
Efectul KV asupra spectrului
Valoarea KV influențează foarte mult radiația caracteristică, deoarece aceasta nu va fi produsă dacă KV este mai mică decât energia electronilor de nivel K. Când KV depășește această valoare de prag, cantitatea de radiație este în general proporțională cu diferența dintre tubul KV și pragul KV.
Spectrul de energie al fotonilor fasciculului de raze X care iese din dispozitiv este determinat de mai mulți factori. De regulă, constă din cuante de interacțiuni inhibitorii și caracteristice.
Compoziția relativă a spectrului depinde de materialul anodului, KV și filtru. Într-un tub cu un anod de wolfram, radiația caracteristică nu se formează la KV< 69,5 кэВ. При более высоких значениях КВ, используемых в диагностических исследованиях, характеристическое излучение увеличивает суммарную радиацию до 25%. В молибденовых устройствах оно может составить большую часть общего объема генерации.
Eficienţă
Doar o mică parte din energia furnizată de electroni este transformată în radiație. Cota principală este absorbită și transformată în căldură. Eficiența radiației este definită ca proporția dintre energia totală radiată din energia electrică totală transmisă anodului. Factorii care determină eficiența unui tub cu raze X sunt tensiunea aplicată KV și numărul atomic Z. O relație aproximativă este următoarea:
- Eficiență = KV x Z x 10 -6.
Relația dintre eficiență și KV are un impact specific asupra utilizare practică Echipament cu raze X. Datorită căldurii generate, tuburile au o anumită limită de număr energie electrica, pe care le pot risipi. Acest lucru impune o limitare a puterii dispozitivului. Cu toate acestea, pe măsură ce KV crește, cantitatea de radiație produsă per unitate de căldură crește semnificativ.
Dependența generării de raze X de compoziția anodului este de interes doar academic, deoarece majoritatea dispozitivelor folosesc wolfram. Excepția este molibdenul și rodiul, utilizate în mamografie. Eficiența acestor dispozitive este semnificativ mai mică decât a celor cu wolfram datorită numărului lor atomic mai mic.
Eficienţă
Eficiența unui tub cu raze X este definită ca cantitatea de iradiere, în miliroentgens, livrată într-un punct din centrul fasciculului util la o distanță de 1 m de punctul focal pentru fiecare 1 mA de electroni care trec prin instrument. . Valoarea sa exprimă capacitatea dispozitivului de a converti energia particulelor încărcate în raze X. Vă permite să determinați expunerea pacientului și a imaginii. La fel ca și eficiența, eficiența dispozitivului depinde de o serie de factori, inclusiv KV, forma de undă a tensiunii, materialul anodului și gradul de deteriorare a suprafeței, filtrul și timpul de utilizare a dispozitivului.
Control KV
Tensiunea KV controlează eficient ieșirea tubului cu raze X. În general, se presupune că ieșirea este proporțională cu pătratul KV. Dublarea KV crește expunerea de 4 ori.
Formă de undă
Forma de undă descrie modul în care KV se modifică în timp pe măsură ce radiația este generată datorită naturii ciclice a sursei de alimentare. Sunt folosite mai multe diverse forme valuri Principiul general este: cu cât forma KV se schimbă mai puțin, cu atât sunt produse mai eficient razele X. Echipamentele moderne folosesc generatoare cu un KV relativ constant.
Tuburi cu raze X: producători
Oxford Instruments produce diverse dispozitive, inclusiv sticlă cu putere de până la 250 W, potențial 4-80 kV, punct focal de până la 10 microni și o gamă largă de materiale anodice, inclusiv Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh, Ti , W.
Varian oferă peste 400 de tipuri diferite de tuburi cu raze X medicale și industriale. Alți producători cunoscuți sunt Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong etc.
Tuburile cu raze X Svetlana-Roentgen sunt produse în Rusia. Pe lângă dispozitivele tradiționale cu anod rotativ și staționar, compania produce dispozitive cu catod rece controlat de fluxul luminos. Avantajele dispozitivului sunt următoarele:
- funcționare în mod continuu și impuls;
- inerţie;
- reglarea intensității prin curent LED;
- puritatea spectrului;
- capacitatea de a obține radiații cu raze X de diferite intensități.
Un emițător de raze X pentru diagnosticare medicală este o carcasă metalică umplută cu ulei cu un tub de raze X. Un tub cu raze X este un balon din sticlă rezistentă la căldură, în interiorul căruia sunt plasate un catod termic și un anod într-un vid profund (Fig.
2.3). Catodul termic este încălzit prin trecerea printr-o spirală de wolfram curent electric. În procesul de emisie termoionică a catodului și datorită prezenței unei diferențe de potențial între catod și anod de 25–150 kV, se creează un flux de electroni care bombardează suprafața anodului. Fasciculul de electroni este focalizat de un sistem electrostatic într-un mic punct focal de pe suprafața anodului.
Electronii ionizează atomii materialului anodic, încetinesc și se opresc. Cea mai mare parte a energiei transferate de electroni către anod este convertită în căldură și doar o mică parte din ea (mai puțin de 1%) este transformată în bremsstrahlung și radiații de raze X caracteristice. Unele dintre aceste raze X trec prin ferestrele de ieșire ale becului și carcasei, filtrului, dispozitivului de colimare și apoi prin pacient până la receptor.
Razele X care călătoresc în alte direcții sunt absorbite de carcasa tubului. Întreaga structură a tubului este montată pe un trepied, făcându-l ușor de poziționat. Este necesar un colimator pentru a controla dimensiunea și direcția fasciculului de raze X.
Orez. 2.3. Proiectarea unui tub cu raze X cu un anod rotativ:
1 - comutator termic; 2 - cablu de înaltă tensiune; 3 - catod incalzit direct; 4 - fereastră radiotransparentă; 5 - vid; 6 - bloc catod; 7 - cablu de înaltă tensiune; 8 - ramură de etanșare; 9 - corp de plumb; 10 - balon de sticlă; 11 - tinta; 12 - anod; 13 - scut termic; 14 - suport din molibden; 15 - diafragma de dilatare ulei
În fig. 2.4. prezentate clar aspect un tub cu raze X anod rotativ tipic pentru o mașină cu raze X de uz general.
Designul ansamblului catodului termoionic și al sistemului electron-optic joacă un rol foarte important, deoarece estomparea imaginii depinde în mare măsură de dimensiunea punctului focal de pe suprafața anodului, iar puterea de ieșire a tubului este determinată de curent de electroni, ajungând la anod.
Catodul (cel mai adesea încălzit direct) este o spirală de wolfram, care este instalată într-o capsulă de nichel. Această capsulă susține filamentul și are o formă astfel încât câmp electric concentrează electronii într-un fascicul îngust. Anodul rotativ are o suprafață conică cu un unghi obtuz la vârf (Fig. 2.4, 2.5).
Fereastra de ieșire primește acele raze X care se deplasează aproximativ în unghi drept față de direcția fasciculului de electroni, astfel încât la suprafața receptorului razele X au o secțiune transversală pătrată, chiar dacă fluxul de electroni bombardează ținta este bine colimat.
Orez. 2.4. Tub cu raze X cu anod rotativ:
1 - balon, 2 - ansamblu catod, 3 - anod teșit (conic), 4 - ansamblu rotor și rulment
Unghiul de înclinare a suprafeței anodului q este selectat în funcție de scopul tubului și variază în funcție de cerințele pentru dimensiunea câmpului și a punctului focal, precum și de puterea de ieșire a tubului (Fig. 2.6). Pentru tuburile cu raze X de uz general, unghiul q este de aproximativ 17°.
În multe cazuri, anodul este teșit la două unghiuri diferite, precum și două filamente pentru a selecta fie un punct focal îngust sau larg, precum și pentru a oferi o fiabilitate sporită a tubului.
Întrucât cea mai mare parte a energiei date de fluxul de electroni către anod este transformată în căldură, una dintre cele mai importante probleme este problema reducerii acesteia și îndepărtarea și disiparea rapidă a acesteia. De fapt, puterea fasciculului de electroni în dispozitivele de diagnosticare cu raze X poate ajunge la aproximativ 100 kV ´ 300 mA = 30 kW. Această problemă poate fi rezolvată în așa fel încât un flux de electroni să cadă pe suprafața unui anod în rotație, iar banda de focalizare se mișcă de-a lungul periferiei discului anodic. Pentru tuburile de uz general, viteza de rotație a anodului este de aproximativ 3000 rpm, iar diametrul discului anodului este de aproximativ 10 cm.
Orez. 2.5. Diagrama sistemului de diagnosticare cu raze X
Anodul este de obicei fabricat din wolfram, deși molibdenul este utilizat pentru aplicații speciale care necesită raze X cu energie fotonică scăzută. Numărul atomic al wolframului este Z = 74, tungstenul are conductivitatea termică și capacitatea termică necesare, precum și un punct de topire ridicat. Este important ca numărul atomic al materialului anodic să fie mare, deoarece ieșirea bremsstrahlung de la anod crește cu numărul atomic, iar spectrul de raze X produs de un element cu un număr atomic mai mare este bine potrivit pentru imaginea unor părți mai masive ale corpul. Pentru a crește durata de viață a tubului cu raze X, este adesea folosit un aliaj de tungsten-reniu (raport 90:10). Acest lucru reduce distrugerea suprafeței anodului (sub formă de microfisuri) cauzată de procesele ciclice de încălzire și răcire pe termen lung.
Orez. 2.6. Utilizarea unui anod teșit pentru a reduce dimensiunea efectivă a punctului focal. Lățimea fasciculului de electroni este egală cu lcosq, în timp ce dimensiunea punctului focal, măsurată în raport cu axa centrală a câmpului de radiație, este egală cu lsin q.
Este important ca discul anodic să aibă o capacitate totală de căldură mare. Capacitatea termică mai mare asociată cu creșterea dimensiunii și masei anodului permite realizarea unor intervale de timp mai scurte între expuneri. Pentru tuburile care funcționează în condiții intense, capacitatea termică a anodului poate fi mărită prin introducerea unui substrat de molibden, deoarece molibdenul are un capacitatea termică specifică decât wolfram (Tabelul 2.1).
Tabelul 2.1 Proprietățile molibdenului și wolframului
Discul anodic este montat pe o tijă subțire de molibden, care reduce fluxul de căldură invers și protejează rulmenții rotorului de supraîncălzire. Căldura este îndepărtată din anodul rotativ în principal prin radiație către becul de sticlă și apoi - datorită conductivității termice - către uleiul de transformator care umple carcasa.
Acționarea electrică pentru rotirea anodului este proiectată conform principiului motor asincron, iar rotorul, legat rigid de anod, se rotește în interiorul balonului într-un vid profund, iar statorul este situat în exterior și răcit cu ulei.
Utilizare: în tehnologia cu raze X. Esența invenției: anodul conține o bază dintr-un aliaj de molibden, care include cel puțin unul dintre elementele selectate din grupul care include niobiu, tantal și reniu și o țintă dintr-un aliaj de wolfram, baza și ținta sunt realizate sub forma unei structuri monocristaline coerente. 1 salariu zbura.
Invenția se referă la surse de radiații cu raze X și poate fi utilizată pentru a crea emițători de raze X cu nivel crescut putere și resurse de operare în scopuri medicale și tehnice. Sunt cunoscuți anozii rotativi ai unui tub cu raze X, de exemplu pentru computer-tomografele, realizate sub forma unui disc metalic dintr-un aliaj refractar, de exemplu, pe bază de molibden cu un strat de aliaj tungsten-ren depus pe acesta. Cu toate acestea, anozii de acest tip au o durată de viață insuficientă și o fiabilitate scăzută datorită proceselor de recristalizare în zona de lucru la sarcini termice mari. Cel mai apropiat solutie tehnica Esența tehnică revendicată este un anod care conține o bază de aliaj de molibden, care include cel puțin unul dintre elementele selectate din grupul care include niobiu, tantal și reniu și o țintă din wolfram sau aliajul acestuia. Dezavantajul acestui anod este instabilitatea structurală a aliajelor de molibden întărite prin dispersie. În astfel de materiale temperaturi ridicate Procesele de recristalizare pot avea loc intens. Rezistența lor termică în condiții ciclice are și limite de temperatură la vitezele de rotație ale anodului utilizate. În același timp, ciclic tensiuni interne provoacă fisurarea suprafeței pistei inelare de lucru pe ținta anodului, ceea ce determină o scădere a intensității radiației și a duratei de viață a tubului. Prin urmare, atunci când se utilizează materiale policristaline, în special aliaje pe bază de molibden, puterea maximă admisă a emițătorului de raze X și durata de viață a acestuia sunt determinate din condiția ca temperatura medie a masei anodului să nu depășească 1200-1300 o C. Scopul invenției este de a crește rezistența anodului la sarcini termice. Scopul este atins prin faptul că discul anodic și stratul țintă sunt realizate sub forma unui singur cristal. În plus, utilizarea unui aliaj monocristal pe bază de molibden, dopat predominant cu niobiu și/sau tantal în cantitate de 1-9% în greutate, care poate conține și 0,5-9% în greutate reniu, asigură o creștere în nivelul de rezistență la căldură a anodului în domeniul de temperatură 1400 -1700 o C și lucrabilitate satisfăcătoare la temperaturile camerei. Aliajele din această compoziție aparțin aliajelor cu un tip de întărire în soluție solidă și se caracterizează printr-o stabilitate structurală ridicată pe întregul interval de temperatură de existență. Prin urmare, la realizarea discului anodic dintr-un aliaj monocristal, toate procesele asociate cu cinetica temperaturii de dezvoltare a structurii, caracteristică aliajelor policristaline, sunt complet excluse. Aceste diferențe fac posibilă ridicarea nivelului admisibil al temperaturii medii de masă a discului la 1400-1600 o C. În plus, făcând discul monocristalin în așa fel încât suprafața sa pe partea laterală a stratului țintă să coincidă cu suprafața cristalografică compactă (110) face posibilă creșterea în continuare a fiabilității anodului și a puterii admisibile pentru orientarea cristalului. Aliarea molibdenului în cantitățile de mai sus cu niobiu, tantal și reniu asigură proprietăți termofizice și structurale optime. Cu cantități mai mici decât nivelul inferior, rezistența la căldură este redusă semnificativ, iar cu cantități mai mari decât nivelul superior, conductivitatea termică este redusă. Luate împreună, toate acestea fac posibilă creșterea fiabilității anodului și creșterea puterii tubului cu raze X, precum și creșterea duratei de viață a anodului. EXEMPLU Anodul metalic este realizat sub forma unui disc format dintr-un singur cristal dintr-un aliaj de molibden. Diametrul discului este de aproximativ 100 mm, grosimea este de aproximativ 5 mm. Suprafața discului de pe partea țintă are o conicitate de 12 grade. Semifabricatul de disc a fost produs prin metoda de topire a zonei. Stratul țintă este realizat prin depunere în vid la temperatură înaltă (1600 o C) sub forma unui monocristal de wolfram. Testele termice preliminare ale anozilor fabricați au fost efectuate în comparație cu anozi de design cunoscut și având aceeași capacitate termică (anodii tubului cu raze X 2-30BD11-150). S-a constatat că puterea disipată a anozilor propuși le depășește pe cele cunoscute cu 30-40%, ceea ce asigură o creștere a fiabilității anodului, precum și a puterii tubului cu raze X care conține anodul din proiectul propus. .
Formula inventiei
1. ANOD DE TUB DE RAZE X ROTATIV cuprinzând o bază din aliaj de molibden, care include cel puțin unul dintre elementele selectate din grupul constând din niobiu, tantal și reniu și o țintă de wolfram sau aliajul acestuia, caracterizată prin aceea că, pt. scopul cresterii rezistentei anodului la sarcini termice, baza si tinta sunt realizate sub forma unei structuri monocristaline coerente. 2. Anod conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că suprafaţa structurii monocristaline coerente coincide cu planul formei cristalografice (110).