Импульсная рентгеновская трубка

Ионизирующие излучения

Импульсная рентгеновская трубка (ИРТ) представляет собой двухэлектродный электровакуумный прибор с холодным катодом, предназначенный для генерации рентгеновского излучения.

Российской промышленностью освоен выпуск ИРТ двух основных типов: игольчатого и прострельного. Эти трубки отличаются некоторыми конструктивными особенностями, но принцип действия у них одинаков.

ИРТ игольчатого типа

ИРТ игольчатого типа можно рассмотреть на примере трубки ИМА 5-320 Д. В стеклянном баллоне, из которого через штенгель удалён воздух, размещены все элементы прибора. Анод изготавливается из 4-мм вольфрамового прутка с концом, заточенным на конус до Ø ≈ 2 мм. Этот размер и будет размером фокусного пятна трубки.

Стальной стержень является основанием, к которому припаян анод, и выводом, соединённым с контактным фланцем. Катод, закреплённый на стальном экране, выполняется из вольфрамовой фольги в форме шайбы толщиной 20 мкм. Кромка шайбы, обращённая к аноду, является взрывной кромкой катода, которая эмитирует «облако» плазмы.

Катод соединён с фланцем, к которому подключается отрицательный полюс источника тока; к этому же фланцу приварено полусферическое выходное окно. Окно такой формы, выполненное из ковара толщиной 0,2 мм, даёт возможность производить панорамное просвечивание, а с применением коллиматора - и направленное.

Для защиты стеклянного изолятора от напыления пара́ми вольфрама, которые образуются при эмиссии плазмы, применяется стальной экран, соединённый с фланцем.

ИРТ прострельного типа

Иллюстрацией такого прибора может служить трубка ИМА 2-150 Д. Металлический корпус представляет собой цилиндр, с одного торца которого припаяно плоское выходное окно из ковара 2-х мм толщины. Катодом в ней является тонкостенная - 0,2 мм - трубка из вольфрама c Ø 2 мм. Катод закреплён на грибовидном электроде, прикрывающем стеклянный изолятор от металлического напыления. Электроны, бомбардирующие анод, возбуждают в нём генерацию рентгеновского излучения, фотоны которого пролетают сквозь него и окно.

При такой конструкции ИРТ появилась возможность поместить объект исследования непосредственно у выходного окна трубки. Недостатком этого прибора является увеличенное и несколько размытое фокусное пятно.

Импульсные излучатели вроде рентгеновских аппаратов Арина и Памир имеют диаграмму направленности около 180°. Это позволяет использовать аппарат как для направленного, так и для панорамного просвечивания. Однако, реальное раскрытие рабочего пучка будет чуть меньше 180° и немного отличаться у каждой импульсной трубки. Отличие небольшое, но может потребовать внесение корректировок в карту контроля.

Не обошлось и без минусов: из-за особенностей работы импульсной трубки рентгенографирование проходит долго и неравномерно, поэтому такие генераторы подходят только для грубого контроля. Но, если использовать ИРТ вместе с флюоресцентной плёнкой, можно добиться необходимой оптической плотности почернения даже быстрее, чем при использовании рентгеновской трубки постоянного излучения.

Особенности

В отличие от трубок постоянного потенциала, от импульсной трубки распределение интенсивности рентгеновского излучения в рабочем пучке по прямолинейным направлениям, каждый раз с небольшим отличием. В отличие от трубок постоянного потенциала, у импульсной трубки в рабочем пучке интенсивность распределения рентгеновского излучения по прямолинейным направлениям не будет равномерным. Кроме того, будут незначительные отличия даже у каждой модели и каждого аппарата. Излучение от импульсной требки дискретное, причём кроме излучения с необходимым нам напряжением, бывает излучение и меньшего напряжения. Это загрязняет спектр излучения. При прохождении через толщу просвечиваемого предмета, от столкновения с веществом рентгеновские фотоны меняют своё направление, создавая рассеянное рентгеновское излучение. Причём, в первую очередь, "застревают" низкоэнергетические фотоны. Также создаётся обратно-рассеянное излучение, возникающее в результате рассеяния в объекте контроля и плёнке, при этом часть рассеянного излучения рикошетит от окружающих предметов и воздействует обратно на плёнку. Индикация/инициализация структуры в некоторых случаях мы можем принять за несплошность (трещину). Для предотвращения этого на рентгене меняют параметры экспозиции, что невозможно сделать в импульснике. Также можно проверить другим аппаратом с другими параметрами (например, вместо Арина-7 использовать Арина-9).

Для обоих типов ИРТ является характерным большой телесный угол рентгеновского излучения, отсутствие регулировок по напряжению и току, сдвинутый в сторону низких частот спектр излучения, что уменьшает «жёсткость» излучения и расширяет диапазон толщин исследуемого материала, небольшой срок службы, обусловленный эксплуатацией на предельных возможностях материала.

Минусы аппаратов с ИРТ:

Неочевидность необходимой мощности: при том же указанном в техпаспорте напряжении и затраченном времени, импульсный аппарат просветит в 2-4 раза меньшую толщину, чем полупериодный или аппарат постоянного излучения;
Малый ресурс рентгеновской трубки (100 ч работы);
Нужен дорогой дозиметр с возможностью измерения мощности дозы и длительности воздействия во время кратковременного и импульсного излучения
Нет возможности включить автоматическую тренировку - только вручную.
Невозможность регулировки напряжения на трубке может стать проблемой, если требуется соответствовать ГОСТ 20426, в котором прописана максимальное напряжение в трубке для просветки конкретной толщины металла.

Плюсы аппаратов с ИРТ:

Импульсные аппараты имеют выход излучения с торца и обычно с большим телесным углом 140×140…180×180°, поэтому один и тот же аппарат может использоваться и как направленный и как панорамный
Дешевизна ремонта
Относительно простая и компактная схема питания
Обойдётся дешевле других рентген-аппаратов, если светить нужно редко.

ИРТ нашли широкое применение в портативной рентгеновской аппаратуре. В средствах неразрушающего контроля - аппараты серий «Арина», «Памир», «Арион», «Шмель», «МоноСкан», и т.д. В импульсных генераторах при рентгенографировании различных быстродвижущихся объектов и быстропротекающих процессов – аппараты «Сарма», «Аргумент», «Арион-900».

Нашли ошибку в тексте? Выделите её и нажмите Ctrl + Enter, чтобы помочь нам её исправить.

Предыдущая Следующая