Відмінності між версіями «Трубка Рентгена»

Версія за 17:54, 17 травня 2017

Головна → Відділ астрономії, оптики та квантової фізики → Трубка Рентгена

Шило Ірина

Загальний опис (принцип дії)

Рентге́нівська тру́бка являє собою певний тип електровакуумної лампи для добування рентгенівських променів. Назва трубки походить від імені німецького фізика Вільгельма Конрада Рентгена.

Принцип дії

Рентгенівські промені виникають при сильному прискоренні заряджених частинок (гальмівне випромінювання), або при

високоенергетичних переходах у електронних оболонках атомів або молекул. Обидва ефекти використовуються в рентгенівських трубках.

У рентгенівських трубках електрони, випущені катодом при нагріванні, прискорюються під дією різниці електричних потенціалів між анодом і катодом (при цьому рентгенівські промені не генеруються, бо прискорення надто мале) і вдаряються в анод,

де відбувається їхнє різке гальмування. При цьому за рахунок гальмівного випромінювання відбувається генерація 

випромінювання рентгенівського діапазону при вибиванні електронів із внутрішніх електронних оболонок атомів анода.

Порожні місця в оболонках займаються іншими електронами атома. При цьому випускається рентгенівське випромінювання

з характерним для матеріалу анода спектром енергій.[1]

Історична довідка

 Рентгенівське випромінювання було відкрите у 1895 році німецьким фізиком Вільгельм під час роботи із закритою з усіх боків скляною трубкою, 

з якої майже повністю видалене повітря. Всередині неї були прикріплені дві металеві пластинки (електроди), від яких назовні відходили тонкі дроти, впаяні в скло. Якщо таку трубку включити в електричний ланцюг, то при відомих умовах через неї може пройти електричний струм. Електричний струм у трубці – це потік дрібних заряджених частинок, з яких складається будь-яка речовина: електронів та іонів. Така трубка називається розрядною. Рентген у своїй роботі цікавився саме властивостями електричного струму, що проходить через газ. У нього були трубки різних форм і розмірів, і вчений хотів з'ясувати, як впливають на електричний струм форма і розміри трубок.

  Одного разу пізно ввечері Рентген закінчував роботу в лабораторії. 

Він закрив трубку картонним футляром, загасив світло і хотів вимкнути електричний струм, що ще проходив через трубку, як раптом побачив осторонь від неї на столі предмет, що світиться. Виявилося, що світився шматок картону, покритий особливим складом: платино-ціановою сіллю барію. Ця речовина відрізняється тим, що починає світитися, якщо на неї падає видиме світло. Але була ніч, в кімнаті було темно, а екран світився. Рентген вимкнув струм у трубці.

  Вчений почав з'ясовувати, чому в кімнаті, в якій діє розрядна трубка, платино-ціановий барій світиться. Скоро Рентгену вдалося встановити причину цього свічення.
Виявилося, що один з електродів трубки ставав джерелом невидимих ​​променів, які володіли багатьма цікавими властивостями. Найдивовижнішою була 

їх здатність проходити через тіла, непрозорі для видимого світла. Виявилося, що під дією нових невідомих променів повітря ставало хорошим провідником електрики. Наелектризовані тіла швидко втрачали свій заряд, якщо поблизу від них працювало джерело променів Рентгена. Невідомі промені, як з'ясувалося, здійснювали вплив на фотографічну пластинку, подібний до дії видимого світла. Спочатку природа цих променів здавалася зовсім загадковою, тому їх назвали «Х-променями» (ікс-променями), тобто «невідомими променями». У нас їх прийнято називати рентгенівським випромінюванням.[2]

Технічні характеристики

Основними конструктивними елементами таких трубок є металеві катод і анод (який раніше називався також антикатод).В даний час аноди виготовляються головним чином з міді і та їх частина, куди ударяють електрони, — з міді, молібдену, срібла та деяких інших металів.

У процесі прискорення-гальмування лише близько 1% кінетичної енергії електрона йде на рентгенівське випромінювання, 99% енергії перетворюється в тепло.

Сфера застосування

Рентгенівське випромінювання знаходить широке практичне застосування в двох областях:

1. у медицині для діагностики та терапії,

2. у промисловості: для просвічування матеріалів (рентгенодефектоскопия) і для проведення рентгеноструктурного аналізу. Довжина хвилі рентгенівських променів, що застосовуються в медицині, 5 х 10-12 ... 2,5 х 10-10 м, тобто 0,05 - 2,5 А. Довжина хвилі випромінювання ізотопів, застосовуваних у медицині, дорівнює 1 х 10-11 - 8 х 10-13 м, тобто 0,1 - 0,008 А, а бетатроны дають випромінювання з довжиною хвилі 8 х 10-13 м, тобто 0,008 А. В промислових рентгенівських дослідженнях застосовуються рентгенівські промені з довжиною хвилі 2 х 10-12 - 2 х 10-10 м, тобто 0,02 - 2 А. надалі буде коротко викладено практичне застосування рентгенівського випромінювання в медицині та промисловості.

У медицині рентгенівське випромінювання найчастіше застосовується в діагностиці. Існують два основних методи рентгенодіагностики: просвічування (рентгеноскопія) і рентгенівська зйомка (рентгенографія). В даний час рентгенівська зйомка знаходить широке застосування в практиці.

Найбільш старий і поширений спосіб зйомки такий: зйомка проводиться при розташуванні об'єкта на касеті з плівкою, вміщеній між підсилювальними екранами, а джерело рентгенівських променів знаходиться над досліджуваним органом. Для поліпшення якості знімка між об'єктом і касетою поміщають рентгенівську отсеивающую решітку. Значною мірою зменшуючи розсіяне випромінювання, решітка дещо зменшує інтенсивність прямого випромінювання, тому при зйомці з гратами необхідно збільшити умова генерування випромінювання (ма х с), тобто енергію випромінювання. Томограф служить для отримання рентгенівського зображення певного зрізу досліджуваного об'єкта. Суть роботи томографа полягає в тому, що з трьох параметрів (досліджуваний об'єкт, джерело рентгенівського випромінювання і плівка) два під час виробництва знімка рухаються по певній траєкторії. Найбільш простим є переміщення по прямій . Під час однієї експозиції можна отримати одночасно кілька томограм, які дають уявлення про різних зрізах. Цей метод рентгенографії називається симультанной томографією.

Для розпізнання невеликих патологічних змін роблять рентгенівські знімки з прямим збільшенням масштабу. Це представляється можливим при використанні острофокусных трубок, в яких рентгенівські промені, що розходяться з точкового джерела, дають пряме збільшене зображення, якщо об'єкт наближений до джерела, а плівка знаходиться на деякій відстані від нього . У томографії також може бути використаний принцип прямого збільшення.

Кімограф служить для отримання зображення рухомих внутрішніх органів за допомогою спеціальної сітки і рухомої рентгенівської плівки.

Метод кимографии застосовується для виявлення патологічних змін руху органу. Для швидкого проведення масових обстежень населення (виявлення туберкульозу і силікозу легень) застосовується метод, що отримав назву флюорографії. При цьому зйомка проводиться з флюоресцентного екрана за допомогою спеціально пристосованого фотоапарата . Цей метод застосовується і для отримання серійних флюорограмм.

Апарати для серійної зйомки широко використовуються для дослідження органів кровообігу з допомогою контрастних речовин. 

Заміна касет і пересування плівки в цих апаратах виробляються або вручну, або за допомогою електродвигуна. Найбільш досконалим способом швидкісної зйомки є рентгенокинематография і запис рентгенівського зображення з допомогою спеціальних апаратів на видеомагнитную стрічку.

Рентгенівські апарати, що застосовуються в діагностиці, розділяються по потужності і типу конструкції на блоктрансформаторные, 

безвентильные (півхвильові) і на чотирьох-, шести - і двенадцатикенотронные. Блоктрансформаторные і півхвильові апарати задовольняють вимогам тільки при вирішенні найпростіших завдань, як, наприклад, просвічування і виробництво деяких рентгенівських знімків.

Терапевтичні рентгенівські апарати поділяються по жорсткості випромінювання на апарати 

для поверхневої рентгенотерапії (короткофокусні установки); апарати для дистанційної рентгенотерапії; апарати ультражесткого випромінювання (супервольтные); апарати з радіоактивними ізотопами.

У промисловості рентгенівські промені застосовуються для рентгенодефектоскопії і для рентгеноструктурного аналізу. 

При рентгеноструктурном аналізі рентгенівське випромінювання використовується для дослідження будови і складу кристалічних речовин. Рентгеноструктурний аналіз проводиться за допомогою спеціальних рентгенівських трубок, які крім легко фільтрується гальмівного дають інтенсивне характеристичне випромінювання . Рентгенодефектоскопия служить для виявлення неоднорідностей і дефектів структури різних матеріалів.

Ці дослідження проводяться або при просвічуванні, або з допомогою зйомки. Просвічування застосовується рідко. Рентгенівські апарати, що застосовуються при рентгеноструктурном аналізі, володіють невеликою потужністю, а апарати для рентгенодефектоскопії мають велику потужність. Вони зазвичай робляться пересувними .

Діагностичні рентгенівські установки складаються з трьох основних частин: рентгенівський апарат, стіл-штатив, речі та додаткові пристосування.

Терапевтичним установок замість стола-штатива надається терапевтичний стіл і рентгенівський штатив. 

Промислові рентгенівські апарати також складаються з трьох основних частин. Надалі ознайомимося з призначенням

та різними видами основних частин рентгенівських установок[3]

Фото, відео-матеріали

Список використаних джерел

1.Ю. А. Быстров, С. А. Иванов. Ускорительная техника и рентгеновские приборы. — М.: Высшая школа, 1983. — ­ 288 с.

2.С. А. Иванов, Г. А. Щукин. Рентгеновские трубки технического назначения. — Л.: Энергоатомиздат, 1989. — ­ 200 с. — ISBN 5-283-04435-1.

3.І. Пулюй. — Збірник праць. К.: Рада, 1996, 712 с.

4.Рентген

5.Науково-популярний блог з фізики

6.Характеристики рентгенівського випромінювання