рентгеновская трубка

УльтраМощные Рентгеновские Источники

Сегодня научный мир отмечает 125-летний юбилей открытия, за которое была присуждена первая Нобелевская премия по физике, и которое изменило мир 

Автор открытия рентгеновского излучения – немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген - профессор многих университетов (и даже ректор одного из них) так никогда не окончил школы и смог посещать университет только как вольный слушатель

Когда ему присудили Нобелевскую премию, Рентген вежливо поблагодарил, принял Нобелевскую медаль от короля Швеции, но произносить речь, как это делают все лауреаты, отказался

Удостоенный множества наград, в том числе той, что давала ему дворянский титул, приставку "фон" к фамилии и право называться "его превосходительством", он от этого титула и от "превосходительства" отказался

В Гисене и позже в Вюрцбурге, где Рентген возглавил сначала кафедру физики, а потом в качестве ректора и университет, ученый укрепил свою высокую научную репутацию, - задолго до того, как открыл рентгеновское излучение и получил Нобелевскую премию

Подтверждение тому, в частности, - многочисленные приглашения в разные университеты, которые Рентген отверг. По иронии судьбы его пригласили, среди прочих, и в университет Утрехта - тот самый, куда его в свое время не взяли из-за отсутствия аттестата об окончании школы

Вечером 8 ноября 1895 года Вильгельм Конрад Рентген работал в своей лаборатории. Окончив очередную серию экспериментов, ученый выключил освещение и накрыл трубку Крукса — прибор, представляющий собой заполненную разреженным газом колбу, с двух сторон которой впаяны положительно и отрицательно заряженные электроды (катод и анод), — чехлом из черного картона. Трубка при этом осталась под напряжением, а в полумраке комнаты ученый заметил свечение оказавшегося рядом экрана, покрытого кристаллами синеродистого бария

Рентген был удивлен этим явлением и начал проводить самые разнообразные опыты с трубками и бариевыми экранами. Почти сразу ему удалось установить, что загадочное излучение обладает проникающим эффектом — оно пронизывает бумагу, дерево, металлы, стекло...

«Легко найти, что все тела проницаемы для этого агента, но в различной степени. Я приведу несколько примеров. Бумага обладает большой проницаемостью: за переплетенной книгой приблизительно в 1000 страниц я еще вполне свободно различал поверхность флюоресцирующего экрана; типографская краска не представляет значительного препятствия. Такова же была флюоресценция за двойной колодой игральных карт. … Еловые доски толщиной от 2 до 3 сантиметров поглощают очень мало. Алюминиевая пластинка около 15 мм толщиной сильно ослабляла, но еще не вполне уничтожала флюоресценцию» 

22 декабря 1895 года ученый сделал первый в истории человечества снимок человеческой руки, который впоследствии получит название рентгеновского снимка. «Моделью» стала жена физика Берта Рентген

Нобелевский комитет: «В знак признания исключительных услуг, которые он оказал науке открытием замечательных лучей, названный впоследствии в его честь»

Через три дня после объявления об открытии Рентгена владелец компании

Reiniger, Gebbert & Schall (RGS) из Эрлангена, которая специализировалась на медицинских технологиях (сейчас эта фирма называется Siemens Healthineers), отправил одного из своих сотрудников, инженера по имени Роберт Фишер, в Вюрцбург

Фишеру было приказано посетить Вильгельма Конрада Рентгена и обсудить его открытия. В записях архива Siemens Healthineers сказано, что «Рентген не принял г-на Фишера, сказав, что он вообще отказался от посещений»

Роберт Фишер встретился с помощником господина Рентгена, который «продемонстрировал очень скромный аппарат в действии». После этого в компании 

RGS приступили к работе над своим рентгеновским аппаратом, поручив разработку трубки инженеру-электрику Йозефу Розенталю

«Поскольку в то время никто не имел представления об истинной природе рентгеновских лучей, мы проверили все возможности, в том числе возможность получения загадочных лучей путем перегрузки нити накала обычной лампочки. При этом перегорело куча лампочек - естественно, безрезультатно»

Вскоре Розенталь понял, что «ключом к получению хороших рентгеновских лучей является правильная трубка, и в 1896 году ему удалось получить несколько удачных рентгеновских снимков, в т.ч. изображение головы живой 16-летней девочки - и отправил полученный рентгеновский снимок Вильгельму Конраду Рентгену в Вюрцбург

Несколько дней спустя Розенталь получил "Самую приятную открытку в своей жизни"

«Уважаемый господин, - написал Рентген 3 ноября 1896 года. - Я искренне благодарен за очень приятную фотографию головы, которую вы мне прислали. Прошу вас прислать как можно скорее мне и местному физическому институту две вакуумные лампы вашей конструкции (вместе с инструкциями по применению). С уважением, профессор В.К. Рентген"

Эти знаменитые рентгеновские снимки змеи и хамелеона были сделаны фотографом (и директором института графических процессов) Йозефом Эдером в 1896 году

Конрад Рентген говорил, что "Х-излучение" принадлежит всем, и поэтому, например, категорически отказывался брать патент на катодные трубки специальной конструкции, хотя фирмы предлагали ему за эти рентгеновские трубки большие деньги

Рентген не хотел, чтобы его открытие было источником дохода, - ни для него, ни для этих фирм

Также отказывался он от приставки "фон" к своей фамилии и от того, чтобы его называли "ваше превосходительство", когда получил на это право

Человеком он был скромным и молчаливым. Любимыми развлечениями великого физика были дальние пешие прогулки и охота

Рентген умер от рака в возрасте 77 лет и похоронен в Гисене рядом со своими родителями и женой

Как хватануть дозу в домашних условиях

Полистывая конкурирующий ресурсХабрахабр, я наткнулся на статью одного лауреата на Премию Дарвинарадиолюбителя, который собрал на коленке свой собственный генератор рентгеновского излучения.
http://habrahabr.ru/post/254015/

    Продолжаю тему рентгеновской техники. Настало время посмотреть, что прячется за красивыми белыми кожухами и понять, по каким принципам всё это работает. Начнём с конца.

   Нет, с другого, а именно с источника рентгеновского излучения – трубки.

   Сначала покажу вам раритет, который хранится у нас:

   Трубка фирмы Рёрикс. Это представитель культуры и техники ГДР. Я даже не знаю, какого она года выпуска.Снята была с вышедшего из строя плёночного флюорографа.

    Вообще сказать, что физики и учёные любят что-то взрывать, сталкивать и разрушать – не сказать ничего. Принцип работы рентгеновской трубы, как и Большого Адронного Коллайдера заключается в том, чтобы посильнее разогнать элементарные частицы и как можно сильнее ударить ими обо что-то плотное и твёрдое, а затем следить за тем, что из этого всего получилось.

    В нашем случае трубка разгоняет электроны. Мишень, по которой наносится удар, называют анодом. Важными параметрами анода являются термостойкость, теплопроводность и плотность материала из которого он выполнен. Данным критериям наиболее полно соответствует вольфрам.

    На фото выше, можно видеть, анод Рёрикса выполнен целиком из вольфрама. Это достаточно массивный и объёмный кусок металла. С целью экономии столь важного для техники материала, физики стали искать другие более подходящие кандидатуры на эту роль, но найти полную замену даже сейчас не получается. Поэтому стали ухищряться и делать композитные конструкции. Основную часть анода изготавливают из меди или теплопроводящей керамики, на которую в дальнейшем одевают чашечку в виде конуса из вольфрама.

    На этом фото представлен узел накала и фокусировки электронного пучка. Он состоит из электростатической линзы и двух накальных спиралей, к которым подводится электрическая энергия.Спиральки, как и сам анод, выполнены из вольфрама (в обычной лампочке всё то же самое). В один момент времени работает только одна спиралька. Диаметр навивки спиралек и толщина их нитей различна.

    Задачей спиралек является эмиссия(испускание) электронов. Способность испускать электроны наблюдается у металлов,нагретых до определённой температуры. Что более важно, чем выше температура,тем больше электронов испускает металл в окружающее пространство со своей поверхности. Но есть небольшая загвоздка. Электроны, которые вылетают с поверхности нагретой металлической спиральки, обладают слишком малой энергией и не способны преодолевать значительных расстояний. По сути, электроны собираются вокруг спиральки и зависают рядом с ней в виде небольшого облака. Обведённую красным пунктиром зону расположения спиралек можно условно считать границей «электронного облака».

    Теперь для того, чтобы электроны начали бомбардировать анод, необходимо придать им ускорение. Добиваются этого, прикладывая к аноду положительное, а к катоду отрицательное напряжение. Величина напряжения играет важную роль.

    Чем больше разница между напряжением на аноде и катоде, тем с большей силой электрическое поле выталкивает электроны из облака расположенного у нити накала в сторону анода. Если бы нить накала не была утоплена в электростатическую линзу, то электроны двигались бы в сторону анода, но по разным направлениям к нему -рассеяно. Электрическое поле вокруг металлических частей линзы заставляет электроны собираться в достаточно тонкий пучок. В зависимости от конфигурации линзы пучок будет иметь длину нити накала и ширину порядка 0,3 - 1,5 мм. Последнее зависит от типа трубки и её назначения. Размеры пучка электронов играют важную роль, от них зависит детализация снимка, а именно минимальный размер сосуда, бронха или опухоли, которую можно будет увидеть на снимке.

    Ещё один раритет – наша отечественная трубка под названием 6БД10 80-125. Старше меня, а дата её выпуска начало 60-х годов.

    Можно видеть, что размеры этой трубки меньше Рёрикса. Это более компактный вакуумный прибор, но и менее мощный.

    Ещё одно фото сбоку на сей девайс.

    А вот на этой картинке можно видеть идеальное состояние анода. Если вернуться назад и посмотреть на второе фото Рёрикса, то можно заметить, что анод имеет отчётливо заметную матовую дорожку на поверхности. Эта дорожка есть, ни что иное, как след от бомбардировки электронами.Электроны в статичном состоянии не представляют особой опасности для чего-либо,как и коробка с патронами. Но если патроны зарядить в магазин (эмитировать электроны в области электростатической линзы) и выпустить из ствола нажав на курок (ускорить полем) то они станут по-настоящему опасными.

    В аналогии с пулями, электроны обладают различной проникающей способностью. Чем больше будет скорость пули,тем глубже она погрузится в тело врага, чем выше будет скорость электрона, тем глубже он вонзится в материал анода.

    В противоположность пулям,электроны более мелкие. Если пуля разрывает ткани человека при попадании, то в случае с электроном, последний может даже не столкнуться с атомом вещества анода,так как расстояния между атомами в самом веществе очень большие, а электрон по отношению к ним очень мал.

     Это равносильно вашему посещению огромного торгового центра во время эпидемии. Отдельно шатающиеся продавцы –это атомы вещества, а вы, зашедший в центр – электрон. И попробуй поймай продавца,он ещё убегать от вас будет.

    Но в микромире всё интереснее.Там существуют летающие рядом с ядром электроны самих атомов - такие же шальные посетители центра, но уже пытающиеся поймать своего продавца, кружащие вокруг него битый час. За счёт электрического поля, которое постоянно присутствует у электронов, как при каждом человеке мнение об окружающих, слоняющихся во время эпидемии, становится возможной передача энергии (в случае людей - информации).Если вы скажете такому человеку, что вы думаете о нём или о сложившейся ситуации, то может произойти следующее:

1) Вы сойдётесь во мнениях, и окажется, что вам вдвоём будет лучше. После этого, вы вместе пойдёте ловить продавца. Продавец станет теплее, ему придётся бегать уже от вас двоих.

(Атом материала анода с одним свободным для электрона местом на своей орбите присоединит к себе испущенный катодом электрон. Произойдёт поглощение энергии и её преобразование в тепло.)

2) Окажется, что вы схожи во мнениях, но у этого человека уже есть напарник, с которым он ловит продавца и вам придётся идти дальше своим путём, ища себе напарника.

(Для залётного электрона нет атома со свободным местом на его орбите. Свободный электрон летит дальше.)

3) Вас пошлют. Вы пойдёте дальше, чуть медленнее потому, что вам будет легче, ведь вы высказались. А вот у человека, которому вы высказали всё, что думали о нём и о сложившейся ситуации, начнёт подгорать. Тот,поняв, что вы правы, изложит всё, что он думал и думает благим матом на весь торговый центр во всю глотку.

(Электрон атома получит часть энергии от испущенного катодом электрона и преобразуется эту энергию в гамма квант – частичку рентгеновского излучения. Отдавший часть своей энергии электрон полетит дальше, но уже чуть медленнее.)

    Вот таким вот образом происходит обмен мнениями среди людей и энергиями среди электронов. Следует отметить, что лишь 1% всей энергии потраченной на получение излучения переходит в него. Основная часть, а это 99%, только разогревают материал анода. В общем и целом солидарности в микромире больше.

    А теперь - тепло. Пока говорил про электроны, появилось ещё 2 фото с трубкой от дентального и передвижного палатного аппарата (последняя фотка – это палатная трубка). Отличие данных труб видно сразу. Они много меньше, у них анод выполнен не из вольфрама, а из цельного куска меди, отсутствует ротор.

    Разница в конструкции анодной части обусловлена малым значением используемых напряжений между анодом и катодом, малым значением рабочей мощности и большим значением времени ожидания между экспозициями.

    С напряжением понятно – чем меньше напряжение, тем меньше скорость электронов, тем меньше греется материал анода.

    Чем меньше мощность, тем меньше энергии переходит в тепло, тем меньше нужно усилий, чтобы остудить анод.

    Время ожидания между включениями трубки необходимо для охлаждения анода. Анод, при работе, греется очень и очень сильно. В линии на поверхности анода, на которой фокусируется пучок,температура за доли секунды достигает значений способных испарить даже вольфрам.При неисправностях аппаратуры такое иногда происходит, трубка полностью выходит из строя и порой, тянет за собой электронику, которая её питает. Поэтому охлаждение очень важно.

    Способов охлаждения несколько, но наиболее распространённые это распределение тепла по аноду с помощью вращения и передача тепла за счёт свойств материала анода в смежные с ним элементы конструкции. Первый вариант используется большими трубами, последний маленькими(дентальные, палатные).

    В первом случае анод специально раскручивают до скорости 3000 об/мин или 9000 об/мин. И только затем включают высокое напряжение. Пучок электронов бьёт теперь не водной линии, а по окружности всего анода (посмотрите на дорожку Сименса или Рёрикса).Такой манёвр позволяет распределить тепловую энергию по поверхности анода более равномерно и не концентрировать её в одной маленькой зоне. За счёт этого появляется возможность делать снимки очень часто с перерывом в 1 – 2 минуты.Мощность, которая выделяется на аноде при соударении с электронами, за счёт массивности ротора анода и инфракрасного излучения быстро распределяется по элементам конструкции рентгеновского излучателя.

    Корпус рентгеновского излучателя бе начинки. Начинка вокруг.

    В случае с маленькими трубами вращающихся частей нет, и теплопередача осуществляется только за счёт присоединения анода (видна резьба крепления) к внешним элементам конструкции.Такое исполнение не позволяет применять большие мощности и накладывает ограничения на время между снимками. Если трубка работает на максимальной мощности, то время её остывания может доходить до 20 минут.

    И ещё – все потроха трубок находятся в глубоком вакууме. Необходимость этого обусловлена тем, что в присутствии воздуха испущенные катодом электроны не будут долетать до анода, а будут сталкиваться с атомами и молекулами воздуха, бесцельно ионизируя и нагревая его.

    Излучатель – это помещённая в металлический кожух рентгеновская трубка, залитая трансформаторным маслом. Трансформаторное масло выполняет две важные функции: электроизоляция и перенос тепла от трубки к металлическому кожуху.

Важным условием исправной работы трубы в излучателе является высокое качество масла (оно не должно содержать влаги).

    Если масло по какой-то причине набирает влагу, то оно катастрофически теряет свои электроизоляционные свойства. Если такое масло будет залито в излучатель, то при высоких напряжениях оно может стать хорошим проводником электричества, что в свою очередь может привести к поломке питающего устройства.

    Во избежание подобных вещей используются специальные вакуумные насосы (на последнем фото), которые подключают к горловине излучателя (уже собранного и с установленной трубой). В корпусе откачивают воздух и выдерживают определённое время для контроля герметичности корпуса, а затем за счёт созданного разряжения закачивают масло.Таким образом, масло не контактирует с окружающей атмосферой и сохраняет свои качества. Насос отключают, а горловину закрывают рентгенопрозрачным стеклом.Затем излучатель подключают к стенду, на котором проверяют его характеристики.Если в ходе испытаний напряжения на излучателе удаётся поднять до 150 кВ, при этом не наблюдается пробоев и на выходе излучателя присутствует рентген, то его передают заказчику.

    На этом пока всё. Питающие устройства далее…. 

    Уже 8 лет работаю в области ремонта и обслуживания медицинской техники, а именно рентгена и всего, что сним связано. На джое пока не видел годной инфы по данной теме, постараюсь исправить сложившуюся ситуацию. Если кому зайдёт, то продолжу изложение.

    Рентгеновская аппаратура делится на несколько типов и каждый из них предназначен для проведения своего вида обследований. Начну с любимого большинства реакторчан – с сисек.

Маммографы (аппарат и его рабочая станция)

    Это аппарат для проведения диагностики молочных желёз. Основной его задачей является выявление опухолей и воспалительных процессов. Если вы сразу подумали, что работать за таким аппаратом классно и в кабинет выстраивается целая очередь из молоденьких девочек, чтобы показать доктору сиськи, то разочарую. Обследование проводят дамам в возрасте от 40 лет и преимущественно при наличии показаний. Как правило, наибольшее количество посетительниц кабинета маммографии уже давно находится в возрастной категории 55+++

    На таком аппарате проводят обследование обеих желёз за одно посещение. Процедура выглядит следующим образом.

    Одна грудь укладывается на столик представляющий сбой чувствительную к рентгеновскому излучению панель и прижимается к ней рентгенопрозрачной лопаткой. Чтобы качество снимка было высоким, можно было выявить проблемные места с высокой точностью, необходимо определённое усилие прижатия, зависящее от размера груди.

    Для этого врачи должны использовать показания тензодатчика (устройства измеряющего силу прижатия),которые выводятся на специальном экране (обведён синим цветом) и специальные таблицы в которых даны значения усилий прижатия. Однако, последние, как правило, ориентируются на крики пациенток. Если запищала, значит надо прижать ещё немного и снимок будет хорошим.

    После того как будет сделан снимок, грудь отпускают и поворачивают штатив аппарата на 45 градусов (Фото выше). И снова прижим, визги пациентки, но уже с крепкими словами, снимок,свобода. Эта процедура повторяется ещё несколько раз для положения штатива 90 градусов и для другой груди.

    Снимки с аппарата выводятся сразу на компьютере лаборанта, который проводит обследование. Поэтому процесс проходит достаточно быстро. Если какой-то снимок не получился его видно сразу и тут же проводят повторную процедуру.

    Это касается современной цифровой техники, которая стоИт, как правило, только в 10% - 15% медицинских учреждений.Остальные аппараты – аналоговые. Это значит, что снимки делают на кассеты со специальной рентгеночувствительной плёнкой. В таких аппаратах прижимной столик сделан полым. В него вставляется кассета с плёнкой, а затем повторяется стандартная процедура снимка.

    Для ускорения процесса лаборанты делают сразу все необходимые снимки на нескольких кассетах, а затем идут проявлять плёнку на проявочных машинах.

    Если снимки получились хорошие,лаборант не ошибся с усилием прижатия и режимом съёмки (это отдельная тема), то пациентку отпускают домой, а фотографии передаются лечащему врачу. В противном случае пытка продолжается и пациентку приглашают на новый мазо-круг.

    Следующий по списку передвижной палатный аппарат

    Первый импортный, второй отечественный

    Данная техника призвана облегчить процедуру съёмки при проведении исследования не транспортабельным пациентам. Это актуально для тех, кто находится в очень тяжёлом состоянии и есть риск смерти при переносе человека или последнее не допустимо из-за малого времени реагирования (нужна срочная операция и снимок), а так же для тех кто только только перенёс операцию, находится в бактериологическом или вирусном изоляторе (сейчас актуально). Последнее необходимо для выявления пневмонии или туберкулёза.

    Обследование на таком аппарате не отличается от обследования на обычном комплексе рентгеновской диагностики.

    На фото выше представлен "палатник" фирмы AGFA со специальным плоскопанельным детектором (это та пластинка которую запихивает лаборант под пациентку). Последний – это специальное матричное устройство чувствительное к рентгеновскому излучению. Данные с этого устройства после проведения экспозиции(включения и выключения рентгеновского излучения) сразу же преобразуются в картинку, поступают на экран палатного устройства и избавляют персонал от длительной процедуры проявления плёнки химическим способом, а так же снижают лучевую нагрузку с пациентов и персонала.

    На этом пока всё. Если хочется большего плюсуйте.

P.S. Краткий анонс, если понравится: комплексы рентгеновской диагностики, стационарные и передвижные флюорографы, дентальные аппараты и ангиографы, их потроха, принцип работы, виды и устройство рентгеновских трубок, генераторы высокой частоты и напряжения, кто такой электромеханик рентгеновской аппаратуры, области знаний,рабочий инструмент и место, сколько за всё это платят =)

Да, это сиськи!

Реконструкция бродекса 11 в. из Лангейда

1: 1 эскиз широкого топора из Лангейда. Основа для дальнейшей цифровой реконструкции.

Взято из группы: 

https: //vk.com/public_ecumene