Что такое рентгеновская трубка и как она работает
Рентгеновская трубка представляет собой электровакуумный прибор, генерирующий рентгеновское излучение. Физический принцип её действия основан на торможении быстрых электронов, испускаемых катодом, при их ударе о поверхность анода. Электроны предварительно разгоняются в сильном электрическом поле, создаваемом между электродами, и часть их кинетической энергии преобразуется в энергию рентгеновских лучей. Исходящее от трубки излучение является комбинацией двух типов: тормозного (возникающего при замедлении электронов) и характеристического (обусловленного внутренним строением атомов материала анода).
Классификация и конструктивные особенности
Рентгеновские трубки классифицируют по множеству параметров, что отражает разнообразие их конструкций и областей применения:
- По источнику электронов: с термоэмиссионным катодом (наиболее распространённый тип), автоэмиссионным катодом, катодом, активируемым ионной бомбардировкой, или даже с радиоактивным источником.
- По типу вакуумирования: отпаянные (неразборные, герметичные) и разборные.
- По режиму работы: импульсные и непрерывного действия.
- По системе охлаждения анода: с воздушным, водяным, масляным или радиационным охлаждением.
- По размеру и форме фокуса (области на аноде, куда попадают электроны): микро-, остро- и макрофокусные; фокус может быть круглым, линейчатым или кольцевым.
- По способу фокусировки электронного пучка: с электростатической, магнитной или электромагнитной фокусировкой.
Области применения и технические характеристики
Сферы использования рентгеновских трубок чрезвычайно широки. Они являются ключевыми компонентами в оборудовании для рентгеновской микроскопии, структурного и спектрального анализа материалов, дефектоскопии (контроля качества изделий), медицинской диагностики и терапии, а также в микрорентгенографии.
Наибольшее распространение получили отпаянные трубки с термоэмиссионным катодом, электростатической фокусировкой и анодом с водяным охлаждением. Катод в них обычно представляет собой вольфрамовую нить или спираль, раскаляемую электрическим током. Анод изготавливается из металла с высокой температурой плавления и атомным номером (например, вольфрам или золото) для генерации мощного излучения, а для задач структурного анализа используют аноды из специфических материалов: титана, хрома, железа, меди, молибдена, кобальта, никеля или серебра.
Основные технические параметры рентгеновских трубок варьируются в очень широких пределах:
- Удельная мощность на аноде: от 10 до 10 000 Вт/мм².
- Ускоряющее напряжение: от 1 до 500 кВ.
- Электронный ток: от 0.01 мА до 1 А.
- Общая потребляемая мощность: от 0.002 Вт до 60 кВт.
- Размер фокуса: от 1 микрона до 10 миллиметров.