Министерство Образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет
Кафедра Электронных Приборов и Устройств
Курсовая работа по дисциплине “Рентгеновские приборы и ускорительная техника” на тему:
“Расчет тепловых процессов в аноде рентгеновской трубки 14-30-БД18-150”
Студент: Кострин Д.К.
Группа: 0206
Руководители: Грязнов А.Ю.
Потрахов Н.Н.
Санкт-Петербург
2005 г.
Содержание
стр.
Введение ………………………………………………………………………………………………3 1. Конструкция рентгеновской трубки ………………………………………………………………3 1.1. Конструкция вакуумной оболочки ………………………………………………………………3 1.2. Конструкция катодного узла ……………………………………………………………………5 1.3. Конструкция анодного узла …………………………………………………………………….6 2. Расчет тепловых процессов в аноде рентгеновской трубки ……………………………………8 Заключение …………………………………………………………………………………………..11 Литература ……………………………………………………………………………………………12 Приложение ………………………………………………………………………………………….13 .
Введение
Рентгенодиагностика, основанная на изучении теневой картины просвечивания органов или частей человеческого тела, является одним из важнейших методов общеклинического распознавания заболеваний.
Точность диагноза, прежде всего, зависит от качества исследуемой картины – ее яркости (или почернения пленки, если речь идет о снимке), контрастности и резкости. Для этого диагностические трубки, так же как и трубки для просвечивания материалов, должны иметь большую мощность, широкий диапазон регулирования напряжения и острое фокусное пятно.
В рентгеноскопии необходимая яркость теневой картины обеспечивается при мощности 0,2-0,5 кВт. В рентгенографии снимок подвижных органов (сердце, легкие) производят во избежание размазывания изображения за десятые, сотые, а иногда и тысячные доли секунды. Чтобы за столь малое время получить нужное почернение пленки необходимо иметь секундную мощность трубки 20-30 кВт и более. Диапазон напряжений, в котором должны работать диагностические трубки для достижения требуемого контраста теневой картины, составляет 40-150 кВ. Линейные размеры эффективного фокусного пятна не должны превышать 1-3 мм.
Диагностические трубки обычной конструкции позволяют получить секундную мощность не более 5-8 кВт. Часто их изготовляют с двумя нитями накала, что дает возможность иметь в одном приборе два фокусных пятна разных размеров. Например, в двухфокусной трубке 2-8БДМ5-110 при накале одной из нитей может быть получено действительное фокусное пятно размером 2х6 мм (эффективное пятно 2х2 мм), а при накале другой нити – 5х15 мм (5х5 мм); малое пятно допускает нагрузку 2 кВт, большое – 8 кВт. В большинстве современных установок для рентгенодиагностики применяют трубки с вращающимся анодом (рис.1).
Рис.1. Диагностическая трубка с вращающимся анодом.
1. Конструкция рентгеновской трубки.
1.1. Конструкция вакуумной оболочки.
Оболочка рентгеновского прибора предназначена для отделения вакуумного объема от окружающей среды, обеспечения изоляции электродов друг от друга и закрепления их в определенном положении.
Материал, из которого изготовляют оболочку, должен быть вакуумно-плотным; хорошо обезгаживаться; образовывать спаи с металлами, применяемыми для изготовления вводов; быть хорошим изолятором. Поскольку трубка является высоковольтным генератором излучения, материал ее оболочки, помимо того, должен незначительно ослаблять рентгеновское излучение и сохранять неизменными свои диэлектрические свойства при воздействии сильных электрических полей и рентгеновского излучения.
Материала, который полностью удовлетворял бы перечисленным требованиям, не существует. Поэтому оболочка рентгеновских приборов часто представляет собой сложную конструкцию, в которой используются различные материалы. Часто оболочка прибора состоит из диэлектрического баллона и металлического корпуса. Баллоны большинства рентгеновских трубок изготовляют из стекла. В некоторых трубках используют керамику, обладающую высокими механическими свойствами и допускающую более высокий нагрев.
В современных рентгеновских трубках отечественного производства наиболее широко применяют стекло С-52, имеющее хорошие диэлектрические, вакуумные и термические свойства. Оно размягчается при высокой температуре и образует вакуумно-плотные спаи с такими металлами, как молибден и ковар.
Рис.2. Форма баллонов рентгеновских трубок.
Форма баллона определяется назначением, мощностью и максимальным рабочим напряжением трубки. Мощные высоковольтные трубки (для просвечивания материалов, терапии и др.) имеют баллон с расширенной средней частью овальной формы (рис. 2,а). Так как поверхность стекла велика, в средней части его нагрев под действием теплоизлучения электродов уменьшается. Снижение тепловой нагрузки на баллон очень важно, так как нагретое стекло в сильном электрическом поле подвержено электролизу, который протекает особенно интенсивно под действием бомбардировки вторичными электронами. Кроме того, расширение средней части баллона позволяет удалить стекло из области сильного электрического поля и уменьшить вероятности пробоя.
В мощных диагностических трубках с вращающимся анодом на напряжение 100-150 кВ баллоны имеют форму, показанную на рис. 2, б. В маломощных трубках на небольшие напряжения баллон имеет форму, близкую к цилиндрической (рис. 2, в).
Баллоны изготовляют вручную методом выдувания в форму. Для этого используют разъемные литые формы из серого чугуна или силумина. Изготовленные баллоны подвергают тщательному контролю. Для производства трубок отбирают экземпляры, обладающие хорошей осевой симметрией и не имеющие свилей, инородных включений и царапин. Толщина стенок в пределах любого поперечного сечения баллона должна быть одинаковой.
Длина l стеклянного баллона рентгеновской трубки определяется максимальным рабочим напряжением U и зависит от диэлектрических свойств окружающей среды:
,
где ЕД – допустимая напряженность электрического поля вдоль поверхности стекла.
При работе на воздухе в диапазоне напряжений U < 200 кВ значения ЕД выбирают равными 3-4 кВ/см.
Если выпуск излучения осуществляется непосредственно через стенку баллона, то стекло в соответствующем месте иногда утончают путем шлифовки – создают специфическое выпускное окно.
В целях повышения точности сборки трубки для соединения с катодным и анодным узлами часто применяют стеклянные баллоны, армированные коваровыми кольцами. В этом случае катодные и анодные узлы собирают на металлических ножках, которые вакуумплотно соединяют с коваровыми кольцами аргонодуговой или лазерной сваркой.