Термоэмиссионная рентгеновская трубка

Термоэмиссионная рентгеновская трубка является основным элементом рентгенаппарата  непрерывного действия, служащая источником рентгеновского излучения. В зависимости от того, для каких целей разработана конструкция, и в каких условиях он работает, создано множество моделей, имеющих единую электрическую схему, но отличающихся по конструктивному исполнению.

ТРТ относится к классу электровакуумных приборов и представляет собой диод — двухэлектродную электронную лампу с накальным катодом. Металлические электроды ТРТ, катод и анод, заключены в металлокерамическую или стеклянную колбу, в которой создаётся глубокий вакуум до величины давления 10-6 – 10-7 мм рт. ст. Катод выполняется в форме спирали из вольфрамовой проволоки, а анодом служит массивный медный стержень со скошенным под углом 45 – 70° торцом, обращенным к катоду. На скошенную поверхность анода приваривается вольфрамовая пластинка (мишень), на которой и генерируется рентгеновское излучение. В процессе работы на аноде ТРТ выделяется большое количество тепловой энергии, для отвода которой предусматривается система охлаждения – водяная, масляная или воздушная.

Электропитание анодных цепей ТРТ осуществляется по двух- и однополупериодной схеме.В стационарном или мобильном РА трубка питается от выпрямителя, собранного по мостовой схеме, с последующим умножением напряжения, при этом используются оба полупериода синусоиды тока. В портативных аппаратах применяется однополупериодная схема питания анодной цепи, где кенотроном служит сама́ ТРТ и в работе используется только один «ряд» полупериодов синусоиды (верхний или нижний).

2500°C
— максимальная температура нагрева спирали катода

Принцип работы

Генерация рентгеновских лучей происходит при подаче на электроды трубки накального и анодного напряжения. Ток накала разогревает спираль катода до температуры 2200-2500 °С, в результате чего он благодаря термоэлектронной эмиссии становится источником отрицательно заряженных электронов, которые собираются вокруг катода в электронное облако. При включении анодного напряжения – величиной в десятки и сотни киловольт, - катод окажется под отрицательным потенциалом, и будет отталкивать одноименно заряженные электроны, которые с большой скоростью будут притягиваться к аноду, находящемуся под положительным потенциалом.

Поток электронов, достигнув вольфрамовой мишени, резко на ней тормозится, в результате чего ≈ 1-3% Е_к электронов преобразуется в энергию тормозного рентгеновского излучения, а остальная часть идёт на нагревание анода. Рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны длиной λ = 10-7 – 10-12 м (от 100 до 10-3 нм), которые располагаются между УФ-излучением и γ-излучением. 

Схема работы термоэмиссионной рентгеновской трубки.

Особенности

Изменение анодного напряжения на ТРТ вызывает изменение спектра излучения. Так увеличение напряжения увеличивает коротковолновую (жёсткую) составляющую спектра, обладающую бо́льшей проникающей способностью по сравнению с длинноволновой (мягкой) и наоборот.

Изменение напряжения накала приведёт к изменению температуры катода, что вызовет изменение эмиссии электронов и, соответственно, изменение силы тока в ТРТ и плотность потока рентгеновских лучей. Увеличение напряжения увеличит все эти параметры и наоборот. Немаловажным показателем качества ТРТ является размер фокусного пятна мишени – чем оно меньше, тем чётче отпечатки рентгенографий, но меньше мощность излучения.

При выборе ТРТ следует принимать компромиссное решение, исходя из поставленной задачи и возможностей прибора.