Вы здесь

Физика и техника лучей рентгена

ФИЗИКА И ТЕХНИКА ЛУЧЕЙ РЕНТГЕНА

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЛУЧЕЙ РЕНТГЕНА И УСТРОЙСТВО РЕНТГЕНОВСКИХ ТРУБОК

Из описания опытов Рентгена видно, что лучи получены им в упомянутых выше трубках, которые содержат разреженный газ. Когда Рентген пропускал разряды катушки Румкорфа через эти трубки, то в них происходило быстрое движение ионов газа. При ударах ионов энергия их полета переходила главным образом в теплоту, но частично преобразовывалась в лучи Рентгена.

Первые рентгеновские трубки напоминали трубки Крукса и назывались газовыми, так как в них сознательно оставлялось небольшое количество газа. Их иногда еще называли ионными трубками, так как заключенный в них газ при прохождении электрического тока ионизировался. Ионизация, т. е. образование ионов, является необходимым условием для прохождения электрического тока в ионной трубке.

Газовые трубки имеют много недостатков, значительно усложняющих работу с ними. Поэтому после долгих поисков для целей рентгенологии были предложены новые трубки, где работу ионов выполняют электроны, выделяющиеся из накаленной нити. Эти трубки оказались более удобными и простыми и потому совершенно вытеснили газовые. В новых трубках газ удален, насколько это позволяет современная техника, т. е. практически имеется безвоздушное пространство. На рис. 1а представлена такая трубка системы Кулиджа.

рис. 1 а Рентгеновская трубка системы Кулиджа рис. 1 б Содержимое шара рентгеновской трубки

 Она имеет вид стеклянного шара с двумя отростками А и К. Из них К служит для катода трубки. В отростке А расположен анод. Катод представляет проволочную спираль, помещенную в молибденовую чашечку (колпачок) таким образом, чтобы они не были изолированы друг от друга. При таком устройстве чашечка одновременно со спиралью заряжается отрицательно. Самую спираль можно накаливать, пропуская ток по двум проводам, идущим от спирали наружу, к патрону. В отросток 4 введен массивный стержень, служащий анодом; его называют обычно антикатодом. У него на стороне, обращенной к катоду, имеется зеркальце из тугоплавкого металла вольфрама. Описанная трубка называется диагностической и применяется для рентгеновских снимков и просвечиваний.

Анализ движений нижней челюсти

Специально для снимков зубов и челюстей сконструирована особая, так называемая дентальная трубка. Ее особенностью (рис. 2) является то, что отросток, в котором находится катод, направлен под прямым углом к отростку антикатода (анода).



рис. 2 Внешний вид дентальной рентгеноской  трубки 

 Это устройство позволяет подвести трубку к снимаемому участку значительно ближе, чем обычно, в то же время не приближая чрезмерно провода высокого напряжения к больному. В остальном трубка совершенно аналогична обычной диагностической.

Для работы рентгеновской трубки необходим электрический ток от трансформаторов. На рис. 3 приведена упрощенная схема всей рентгеновской установки.

рис. 3 Принципиальная схема рентгеновской установки 

 Спираль катода трубки накаляется током от малого трансформатора Т2, называемого трансформатором накала. Он получает питание от силовой или осветительной сети. Вторичная его обмотка понижает напряжение до 10—15 V при силе тока в 3—4 А. Кроме того, большой—главный—трансформатор 7Т1 дает ток высокого напряжения, который подводится к катоду и антикатоду трубки. Во время работы трубки накаливается проволочная спираль катода, испускающая в практически безвоздушное пространство трубки большое число электронов. Количество их зависит от степени накала спирали и, следовательно, легко может быть регулируемо с помощью трансформатора накала. Если включить главный трансформатор, то спираль и чашечка катода окажутся под сильным отрицательным напряжением и будут резко отталкивать от себя электроны, заряженные отрицательно. Наоборот, антикатод, заряженный положительно, станет притягивать их к себе. В результате электроны устремятся к антикатоду. Таким образом, регулируя малым трансформатором (трансформатором накала) накал спирали, по желанию можно легко менять количество выделяемых электронов и тем самым количество образующихся рентгеновых лучей. С помощью такой же простой регуляции основного трансформатора высокого напряжения заставляют выделившиеся из спирали электроны перемещаться с большей или меньшей скоростью к антикатоду.

Удары большого количества быстролетящих электронов по поверхности антикатода вызывают здесь такое повышение температуры, что частично плавится даже вольфрам. На нем появляются углубления, изъеденности, что вызывает неправильное рассеивание лучей. Для устранения этого недостатка предложены были различные модификации трубок. Вместо обычных круглых стали применять спирали в форме полоски. Соответственно был изменен молибденовый колпачок. Фокус, т. е. место падения электронов на антикатод, стали вытягивать в виде полосы и значительно увеличили его поверхность. Благодаря этому образующееся тепло распределяется на большом участке. Это основано на том, что если смотреть вдоль узкой полосы, то она воспринимается почти в виде точки (рис. 4).

рис. 4 Схема линейчатого фокуса трубки 

В трубках для рентгенодиагностики антикатод устанавливается таким образом, чтобы лучи падали на пластинку под очень острым углом (19°), т. е. приблизительно по длине фокуса (зеркальца). При этом резкость изображения равна резкости от фокуса уменьшенного. Большинство спиралей современных трубок устроено по указанному методу. Для фокуса на антикатоде устанавливается платиновое или, чаще, вольфрамовое зеркальце. Весь антикатод не делают из вольфрама, потому что этот металл дает интенсивное вторичное излучение, которое сильно уменьшает резкость рентгеновских снимков. Обычно материалом для самого антикатода служит медь, имеющая невысокий порядковый номер в таблице элементов (медь 29, вольфрам 74), вследствие чего вторичное излучение с ее поверхности невелико. Кроме того, медь хороший проводник тепла, а это весьма важно, так как электроны при падении на антикатод сильно повышают его температуру. Для предохранения от расплавления антикатод делают очень массивным и, кроме того, принимают меры для его охлаждения. Чаще всего тепло от анода (антикатода) по массивному стержню отводится к большой ребристой поверхности, где легко рассеивается в воздухе.