Простейшая рентгеновская трубка. Устройство рентгеновской трубки, принцип получения рентгеновского изображения

Для полного понимания значения всех факторов, влияющих на прцесс коррекции ошибок, читатель должен познакомиться с принципом работы рентгеновской трубки, генерирующей рентгеновское излучение. Рентгеновская трубка представляет собой стеклянную колбу, из которой откачан воздух. Внутри колбы находятся два основных элемента любой рентгеновской трубки: катод и анод. Катод является источником электронов, а анод представляет собой мишень, бомбардируемую пучком электронов с катода.

Как видно из рис.1, катод имеет форму чашки (фокусирующая чашка), в которой находится вольфрамовая спиральная нить накаливания. Под действием проходящего через нить электрического тока нить накаливается и испускает электроны.

Количество испускаемых электронов пропорционально величине электрического тока, проходящего через нить. Ток измеряется в миллиамперах (мА). Один миллиампер равен 1/1000 ампера (А). Таким образом величина тока (измеряемого в миллиамперах), проходящих через нить, определяет интенсивность рентгеновского излучения, испускаемого мишенью. Увеличение тока через нить (увеличение мА) приводит к увеличению количества испускаемых электронов, что, в свою очередь, ведет к увеличению интенсивности (количества рентгеновских квантов) рентгеновского излучения.

Рис. 1. Схема, иллюстрирующая принцип действия рентгеновской трубки.

Фокусирующая чашка катода фокусирует электроны в пучок, направленный на мишень анода. Анод обычно изготавливается из меди, поскольку медь характеризуется высокой теплопроводностью и ее легче охлаждать. На лицевой стороне анода, обращенной к катоду, имеется массивная вольфрамовая пластина, называемая мишенью. Маленький участок мишени, в которую попадает пучок электронов, называется фокусным пятном. Этот участок является источником рентгеновского излучения. Большая часть энергии электронов, попадающих в мишень, преобразуется в тепло и лишь один процент превращается в рентгеновское излучение.

Катод заряжен отрицательно, анод — положительно. Напряжение между ними выражается в пиковых киловольтах и называется пиковым киловольтажем (кВп). Один киловольт равен 1000 Вольт. Величина напряжения (количество киловольт) определяет скорость пучка электронов. При увеличении напряжения ("киловольтажа") увеличивается скорость пучка электронов, бомбардирующих мишень, что, в свою очередь, ведет к увеличению энергии формируемого мишенью рентгеновского излучения (т.е. качества излучения).

Все органы управления элементами рентгеновской трубки расположены вне ее (снаружи) и подключены к катоду и аноду. Таймер контролирует время, в течение которого катод формирует пучок электронов. Полное количество электронов, образуемых катодом и достигающих анода, определяется произведением силы тока (в миллиамперах, мА) на длительность экспозиции в секундах (с), т.е. - (мА) х (с) или мАс.

Пучок рентгеновского излучения, облучающего объект, формируется специальным окошком, которое находится в металлическом кожухе, окружающем стеклянную колбу рентгеновской трубки. Этот пучок включает рентгеновское излучение разной длины волны и проникающей способности, определяемое величиной пикового киловольтажа (кВп), выбранного для данной экспозиции. Суммарное количество рентгеновского излучения в пучке на выходе рентгеновской трубки зависит оттока (мА), времени и выбранного пикового киловольтажа (кВп).

Длина волны рентгеновского излучения определяет его энергию, т.е. способность проникать внутрь объекта. Рентгеновское излучение с более короткой длиной волны, образуемое при более высоком значении кВп, обладает большей проникающей способностью по сравнению с рентгеновским излучением с большей длиной волны (менее энергетичное излучение). Рентгеновское излучение, прошедшее через объект, образует на пленке изображение. Пучок рентгеновского излучения, входящий в ткани пациента, характеризуется равномерным распределением интенсивности излучения в зависимости от длины волны.

Рентгеновское излучение, попавшее в ткани пациента, частично поглощается или проходит практически без поглощения в зависимости от того, что находится на пути пучка (ткани органов или кости). В результате на выходе из объекта излучения (пациента) возникает специфическая картина распределения интенсивности рентгеновского излучения (именуемое выборочным ослаблением излучения). Это распределение интенсивности рентгеновского излучения несет в себе всю диагностическую информацию о пациенте. Эта информация затем фиксируется на рентгеновской пленке (смотри рис. 2).

Зоны приоритетного внимания.

Другие статьи

Сравнение информативности цифровой ортопантомографии и дентальной компьютерной томографии. Часть 2.

На фрагменте ортопантомограммы на фоне верхней трети длины корней зубов 11,12 и средней трети корня зуба 13 четко визуализируется ретинированный и дистопированный в горизонтальном направлении зуб, над которым определяется рентгенпрозрачный участок овальной формы с четкими ровными контурами.

Химикаты для ручной обработки. Часть 2.

Основная линия черепа должна быть параллельна, а средне сагиттальная плоскость перпендикулярна плоскости стола. Луч центрируют через темя на середину разметок. Переднюю аксиальную рентгенограмму трудно произвести у полных людей с короткой шеей.

Кариес составляет самую распространенную группу заболеваний зубов и характеризуется местным разрушением эмали, дентина и це-мента, что обусловливает рентгенологическую картину

Общие принципы интерпретации рентгенограмм. Рентгеносемиотика заболеваний зубочелюстной системы. Типичные ошибки при рентгенологическом исследовании.

Оценка технической правильности снимка по различным параметрам—правильности проекции, условий съемки и фотообработки, а при наличии погрешностей определение того, в чем они состоят, какими из них можно пренебречь, а какие требуют повтор ного исследования.



Устройство рентгеновского апарата

Одним из наиболее эффективных методов изучения строения кристаллических веществ является рентгенография.

Рентгенография делится на 2 типа:

1. рентгеноструктурный анализ (РСтА);

2. рентгенофазовый анализ (РФА).

Первый метод является наиболее общим и информативным и позволяет однозначно определить все детали кристаллической структуры (координаты атомов и т.д.). Объектом исследования в РСтА является монокристалл. Второй метод позволяет идентифицировать вещество и определить некоторые параметры кристаллической структуры. Объектами исследования РФА являются поликристаллические образцы.

Рентгеновский аппарат предназначается для превращения электроэнергии в рентгеновское излучение. Устройство рентгеновского аппарата зависит от его функции, но в целом он состоит из источника излучения, блока питания, системы управления и периферии.

Как работает рентгеновский аппарат

Питание аппарата осуществляется обычно от электросети переменного тока в 126 или 220 В. Однако современные рентгеновские установки работают от постоянного тока существенно более высокого напряжения. В связи с этим в состав блока питания входят трансформатор (или система трансформаторов) и выпрямитель тока (иногда выпрямитель может отсутствовать – при низкой мощности аппарата). Генератор излучения – это рентгеновская трубка, одна или несколько.

Система управления – это распределительное устройство, то есть пульт управления, регулирующий работу всей установки. Кроме того, аппарат включает в себя штатив (систему штативов), на который крепится генератор излучения. Принцип работы установки следующий. Переменный ток от электросети подводится к первичной обмотке трансформатора. С его вторичной обмотки снимается более высокое напряжение и подается на излучатель непосредственно (полуволновые установки) или через выпрямитель – кенотрон. Накалом катодной нити рентгеновской трубки регулируется ее работа. В излучение при этом переходит не более 1% подаваемой на трубку энергии, остальное превращается в тепло, прежде всего греется анод. Для того чтобы избежать его повреждения от перегрева, либо используются тугоплавкие материалы (вольфрам, молибден), либо конструируется специальная система охлаждения (водное охлаждение, вращающийся анод). Современные рентгеновские установки снабжаются специальными устройствами для стабилизации тока и защиты излучателя от перегрузки. Кроме того, устанавливается система защиты окружающих от избыточного излучения (а также от тока высокого напряжения).

Рентгеновская трубка устройство

Рентгеновская трубка - электровакуумный прибор с источником излучения электронов (катод) и мишенью, в которой они тормозятся (анод). Высоковольтное напряжение для разогревакатода подается через минусовой высоковольтный кабель с накального трансформатора, который находится вгенераторном устройстве. Накаленная спираль катода, при прикладывание к рентгеновской трубке высокого напряжения,начинает выбрасывать ускоряющийся потокэлектронов, а затем они резко тормозятся на вольфрамовой пластинке анода, что и приводит к появлениюрентгеновских лучей.

Принцип работы рент геновской трубки

Рисунок 1 - Схема рентгеновской трубки для структурного анализа: 1 - металлический анодный стакан (обычно заземляется); 2 – окна из бериллия для выхода рентгеновского излучения; 3 – термоэмиссионный катод; 4 – стеклянная колба, изолирующая анодную часть трубки от катодной; 5 – выводы катода, к которым подводится напряжение накала, а также высокое (относительно анода) напряжение; 6 – электростатическая система фокусировки электронов; 7 – ввод (антикатод); 8 – патрубки для ввода и вывода проточной воды, охлаждающей вводный стакан.

Площадь анода, на которую попадают электроны, называют фокусом. В современных рентгеновских трубках обычно имеется два фокуса: большой и малый. В аноде свыше 95% энергии электронов превращается в тепловую энергию, нагревающую анод до 2000° и более. По этой причине с увеличением длительности экспозиции допустимая мощность снижается.

Рентгенодиагностическую трубку размещают в просвинцованном кожухе, который заполнентрансформаторным маслом. В кожухе имеются отверстиядля подсоеденения высоковольтных кабелей и выходное окно, через которое выводится пучок излучения. Для минимизации дозы рентгеновского излучения в современных рентгеновских аппаратах, например ФМЦ на выходном окне крепится устройство колимации. Для того, чтоб исключить появление на аноде рентгеновской трубки повреждений, последний должен вращаться, для этого внизу кожуха рентгеновской трубки размещается устройство вращения анода.

Рентгеновские камеры

Рентгеновская камера – прибор для изучения или контроля атомной структуры образца путем регистрации на фотопленке картины, возникающей при дифракции рентгеновских лучей на исследуемом образце. Рентгеновскую камеру применяют в рентгеновском структурном анализе. Назначение рентгеновской камеры – обеспечить выполнение услови й дифракции рентгеновских лучей и получение рентгенограмм.

Рисунок 2 - Гониометрическая головка : О – образец, Д – дуговые направляющие для наклона образца в двух взаимно перпендикулярных направлениях; МЦ – механизм центрирования образца, служащий для вынесения центра дуг, в котором находится образец, на ось вращения камеры.

Рисунок 3 - Основные схемы рентгеновских камер для исследования поликристаллов: а – дебаевская камера; б – фокусирующая камера с изогнутым кристаллом-монохроматором для исследования образцов «на просвет» (область малых углов дифракции); в – фокусирующая камера для обратной съемки (большие углы дифракции) на плоскую кассету. Стрелками показаны направления прямого и дифракционного пучков. О – образец; F – фокус рентгеновской трубки; М – кристалл-монохроматор; К – кассета с фотопленкой Ф; Л – ловушка, перехватывающая неиспользованный рентгеновский пучок; ФО – окружность фокусировки (окружность, по которой располагаются дифракционные максимумы); КЛ – коллиматор; МЦ – механизм центрировки образца.

Рисунок 4 - Основные схемы рентгеновских камер для исследования монокристаллов: а – камера для исследования неподвижных монокристаллов по методу Лауэ; б – камера вращения.

Практическая часть

По полученной от преподавателя рентгенограмме необходимо определить параметры вещества (представленные в таблице 1), а так же его идентифицировать.

№ линии		d, A	a, A		Ширина линии, (рад)	I, %	hkl	L, мкр.
	44,7	2,026	3,509	0,855	0,00073			0,0227	0.00181
		1,76	3,52	0,808	0,0012	39,7		0,0142	0.00246
	76,5	1,245	3,521	0,617	0,00127	16,9		0,01546	0.00162
	93,2	1,098	3,521	0,472	0,00167	26,7		0,01343	0.00161
	98,7	1,017	3,642	0,425	0,00181	8,6		0,01308	0.00157
	122,2	0,881	3,523	0,234	0,00418	5,7		0,00763	0.00232
	144,8	0,809	3,526	0,092	0,00233	13,4		0,02183	0.000758
	145,7	0,806	3,605	0,087	0,00324	10,6		0,0162	0.001054

Таблица 1 – Данные анализа рентгенограммы 1

1. Получили от преподавателя рентгенограмму порошка неизвестного состава. По рентгенограмме были найдены углы , интенсивности, так же ширины линий и , данные представлены в таблице 1.

2. По формуле Вульфа – Брэгга, найдены межплоскостные расстояния d.

3. Для нахождения параметра решётки, необходимо идентифицировать её структуру. Так как для ОЦК структуры отражение идёт только от плоскостей с чётными суммами индексов hkl, то первые две линии будут (110) и (200), зная, что каждому соответствует своя сумма hkl, получим, что соотношение первой и второй линии должно равняться , если это ОЦК структура. Аналогично рассматривая ГЦК структуру, где видны плоскости с однотипными индексами hkl (все или чётные или не чётные), определяем, что первые две линии будут (111) и (200). Следовательно, соотношение первой и второй линии должны равняться

Так как мы не знаем состава порошка, то мы не можем утверждать по первым двум линиям, что весь порошок имеет ГЦК структуру. Однако, из соображений что

можно получить ряд соотношения первой линии ко всем остальным и сравнить его с рядом соотношений суммы квадратов hkl. Получили следующий ряд:

1, 075, 0,375, 0,292, 0,25, 0,187, 0,1585, 0,157.

Получены так же ряды для ОЦК и ГЦК структур:

ОЦК: 1, 0,5, 0,33, 0,25, 0,2, 0,166, 0,142, 0,125;

ГЦК: 1, 0,75, 0,375, 0,272, 0,25, 0,187, 0,157, 0,15;

Как видно, полученный ряд схож с рядом ГЦК структуры, следовательно, порошок имеет ГЦК структуру.

Зная структуру порошка, можно найти параметр его решётки по известным индексам hkl и межплоскостному расстоянию d:

4. Размер кристаллитов находится из формулы:

Где В – ширина рентгеновской линии, К – коэффициент близкий к 1.

Рисунок 5 – График зависимости параметра решётки от .

6. Зная параметр решётки, а и структуру порошка (ГЦК) можем идентифицировать вещество как никель.

7. Необходимо найти микроискажения.

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

8. Зная что, полная ширина рентгеновских линий включает в себя уширение от микро искажений и уширение от размера кристаллитов, можем записать что:

Умножив всё на cosθ и разделив на λ, получим формулу Вильямсона - Холла:

Представив это уравнение, как уравнение прямой и подставив значения, полученные в таблице 1, получим следующие значения:

Таблица 2 - Полученные значения для постройки графика по методу Холла

, (Y)	, (X)
0,0004397	0,000169
0,000698	0,000746
0,000650	0,00065
0,000733	0,000733
0,000771	0,000771
0,00131	0,00131
0,000419	0,000418
0,000468	0,000469

Y=0.00027+0.00165x – уравнение полученного графика.

По данным таблицы 2 построен график рисунок 6:

Рисунок 6 – График для разделения вкладов в уширение рентгеновских линий методом Холла.

По полученной от преподавателя рентгенограмме необходимо сделать задание аналогичное части 2 и количественный фазовый анализ.

Рисунок 7 – Рентгенограмма неизвестного двухфазного порошка.

Рисунок 8 – Начальные данные к рентгенограмме рисунка 7.

№ линии	a, A	Ширина линии, (рад)	I, %	hkl	L, А.
	3,619	0,00211			846,6	0,00532
	2,882	0,00142	41,3			0,00347
	3,619	0,00319	40,5		588,6	0,00679
	2,883	0,00164	11,9			0,00259
	3,618	0,00286	21,8		844,2	0,00379
	2,884	0,00163	17,8			0,00188
	3,619	0,0036	21,8		852,7	0,00361
	3,619	0,00337	10,7			0,00388
	2,882	0,00186	9,6			0,00161
	2,885	0,00251	11,6			0,00159
	3,619	0,00444	6,7			0,00273

Таблица 3 – Данные анализа рентгенограммы 2 (рисунок 7).

1. Так как мы знаем, что в порошке содержится две фазы, необходимо отделить одну фазу от другой, для этого предположим, что у этих фаз разные структуры и попытаемся по отношению синусов отличить одну фазу от другой:

1; 0,95; 0,75; 0,477; 0,376; 0,317; 0,272; 0,25; 0,238; 0,190; 0,187

Как можно заметить в ряде присутствуют числа схожие с рядом ГЦК структуры:

1; 0,75; 0,376; 0,272; 0,25; 0,187

Предположив, что линии 1, 3, 5, 7, 8, 11 это первая фаза, рассмотрим отношения квадратов синусов оставшихся линий, приняв вторую линию, как первую линию во второй фазе:

1; 0.498; 0,331; 0,249; 0,199

Полученный ряд схож с рядом ОЦК структуры.

Судя по полученным рядам, имеем на рентгенограмме две фазы со структурами ГЦК и ОЦК.

2. Зная, что имеем две структуры ОЦК и ГЦК, можно провести количественный состав фаз.

Количество фазы определяется: , где - отражательные факторы определяемые как произведение структурного фактора и фактора повторяемости. Расчёт ведём для линии с похожими значениями интенсивности, это линии 8 и 9:

Структурный фактор для ГЦК решётки равен , так как у нас далее будет отношение, уйдёт, следовательно, берём 16. Фактор повторяемости для восьмой линии равен 8, так как имеем индексы hkl = (222).

По тому же принципу для ОЦК решётки структурный фактор равен , а фактор повторяемости 12, так как имеем hkl = (220).

Тогда количество фазы с ОЦК структурой будет равно:

Следовательно, ГЦК фазы 72,8%.

Аналогично проведём расчёт пиков 3 (200) и 2 (110):

При расчёте 2 и 3- его пиков получили, что ГЦК фазы 66,2%. Больше пиков с похожей интенсивностью нет, значит возьмём среднее количество фазы между 27,2% и 33.8%, это 30%. Значит в нашем порошке примерно 30% хрома и 70% меди.

3. Определение параметра решётки

Для ГЦК структуры

Зная параметр решётки и её структуру, можем предположить, что это медь.

Для ОЦК структуры

Прибор рентгеновская трубка — это электровакуумное устройство, у которого обязательно есть источник облучения (катод) и цель торможения (анод). Также в приборе присутствует генератор — устройство, расположенное в накальном трансформаторе, которое способствует подаче сильного напряжения в катод по минусовому высоковольтному проводнику.

Лучи появляются благодаря тому, что катод-спираль при сильном напряжении накаливается и выбрасывает поток электронов, задерживающихся на пластине анода, сделанной из вольфрама. Анод способствует превращению энергии в тепловую, в результате чего анод разогревается до температуры выше 2000°С. Это и есть причина снижения мощности, повышения длительности экспозиции.

Устройство размещается в особом свинцовом чехле. Фартук наполнен специальным маслом. Строение чехла включает в себя высоковольтные проводники и окно выхода, через которое и удаляется скопленное излучение. Современный электровакуумный прибор устроен таким образом, чтобы человек получал минимальную порцию лучей.

Строение электровакуумного прибора

Схема рентгеновской трубки выглядит так:

• стандартная колба;
• горловина анода;
• двигающийся диск анода;
• фокус-пятно анода;
• спираль накаливания катода;
• система фокуса катода.

Сегодня электровакуумные приборы оснащены двумя фокусами большого и малого размеров, на них и распределяются электроны. Для этого в окно встроен прибор коллимации, который должен находиться в постоянном движении, чтобы рентгеновская трубка не повредилась. В этих целях снизу устроена система передвижения анода.

Некоторые справки об РТ

Электровакуумный прибор 0.2БДМ7-50 применяется в дентальном рентген-устройстве, 5Д 2РТ 1.6 БДМ 13-90 используется для функционирования с точкой заземления. Работа прибора должна быть при напряжении не больше 110 кВт, а моноблок в обязательном порядке необходимо наполнять специальным маслом. Для работы близкого фокуса применяют РТ 1БТВ4-100. Аппарат 1.7БДМ18-100 используют для работы РТ в передвижном приборе. 2-20БД14-15 и 2-20БД14-150 применим в диагностических целях. Для работы рентгеновской трубки 2.5-30БД29-150 существует устройство «Проскан». 4БПМ8-250 применяется в медицине для проведения исследований и диагностики.

Принцип работы прибора

РТ — это устройство, которое функционирует как диод, но способно осуществлять свои задачи в режиме пространственного заряда.

Принцип работы достаточно прост: эмиссия производится в результате повышенного напряжения. Именно вследствие этого РТ должна располагаться в фартуке из свинца. Благодаря последнему не происходит лишнего . В результате выводится исключительно невредный лучевой поток. Далее неопасные лучи ограничиваются с помощью стационарного либо двигающегося коллиматора. Он хоть и не является деталью фартука, но делать рентген без него нельзя, так как произойдет утечка вредного излучения.

Кроме того, фартук способствует защите от высоких напряжений, которые создаются между анодом и катодом. Заряд проходит по кабелю, который идет из повышающей трансформаторной будки с генератором. Образуется рентгеновское излучение с огромными затратами энергии, в основном обращенными на прогрев элементов, расположенных внутри рентгеновской трубки. Мельчайшие доли секунды энергия концентрируется на фокусе, далее она размещается по всему фокусному пятну.

Дольше происходит перевод энергии на непроводящее масло, которое находится в фартуке РТ. В это же время энергия как горячее излучение перемещается на фартук, выполненный из металла. И, наконец, уже из стенок происходит высвобождение энергии в качестве конвенции либо вентиляции. Во время такого теплообмена рентгеновская трубка нагревается до определенного предела — экстремальной температуры, которая и не должна ни в коем случае выйти за рамки необходимых показателей. Иначе произойдет разрушение рентгеновской трубки. Температурный режим фокуса и его пятна подлежит контролю при помощи того, что устанавливаются определенный временной режим и напряжение, подаваемые с генератора под минимальным, ограниченным заполняющим фактором. Последний вычисляется при помощи разработанной таблицы характеристик нагрузки.

Анодный температурный режим определяется верной экспозицией. Делается это для того, чтобы было соблюдено время соотношения перепада энергии.

Время охлаждения контролируется приборами с родным ПО с помощью специальной схемы моделирования скопленного тепла. Если же такая функция отсутствует, то контроль осуществляется с помощью спланированного расписания, которое составил рабочий персонал, основываясь на смене волн нагрева и охлаждения анода. Температурный режим фартука контролируется так же переменой нагрева и охлаждения. В данном случае он должен выполняться с длительными промежутками во времени: по половине дня на охлаждение и нагревание. Регулируется температура в кожухе с помощью 3 устройств:

• переключатель температур внешний;
• переключатель температур внутренний;
• микропереключатель.

Струйный материал фильтрует полезные лучи. У РТ им служит:

• стекло;
• масло;
• пластик.

Но такой фильтрации, конечно, недостаточно для того, чтобы ограничить низкую энергию мягких лучей. Последние приносят вред человеческому организму, а изображение не передают. По этой причине на приборе располагаются дополнительные фильтры на безвредных лучах. Оценка пользы и вреда рентгеновского облучения сложна. Работу на рентгеновском оборудовании должен осуществлять только обученный квалифицированный специалист. Данные устройства не предназначаются для работы вручную или замещения автоматического управления временным показателем охлаждения. Однако без них нельзя говорить о полной безопасности аппарата. В обычной работе такие устройства не применяются. Следует обратить внимание, что сама РТ не имеет данных устройств для создания границ температурного режима. Исходя из чего необходимо контролировать цикл энергии, которая идет с генератора. Это поможет не навредить пациенту. Калибровка накаливания на одном уровне осуществляется при помощи дополнительного программирования системы, содержащей необходимую информацию.

Вскоре после открытия В.-К. Рентгеном нового вида излучения оно стало активно использоваться в медицине с диагностическими целями. Таким образом, родилась новая медицинская специальность, названная рентгенодиагностикой. Само новое излучение, электромагнитное по своей природе, в России и Германии получило название рентгеновского, а в англоязычных странах Х-лучей (Х-гау).

Устройство и принцип работы рентгеновской трубки

Рентгеновское излучение возникает в рентгеновской трубке в момент подачи на нее высокого напряжения. Наиболее распространенная современная модель рентгеновской трубки представляет собой электрический прибор, состоящий из двух электродов: катода, выполненного в виде тонкой спирали, и анода -- в виде пластины или диска, которые запаяны в вакуумной стеклянной колбе. Таким образом, между катодом и анодом имеется безвоздушное пространство. Поскольку процесс получения рентгеновского излучения связан с сильным нагреванием электродов, они конструктивно выполнены из тугоплавкого металла (вольфрама).

Перед подачей на электроды высокого напряжения катод нагревается сильным током низкого напряжения (напряжение 6--14 В, сила тока 2,5-8 А). При этом катод начинает испускать свободные электроны, которые образуют вокруг него так называемое электронное облачко, а процесс отрыва электронов от поверхности катода называется электронной эмиссией.

Схема рентгеновской трубки: 1 - катод, 2 -- поток электронов, 3 - фокусное пятно анода, 4 -- анод, 5 -- двигатель на оси анода

При подаче на электроды высокого напряжения (порядка десятков и сотен киловольт) оторвавшиеся от катода электроны через вакуум начинают устремляться к аноду с огромной скоростью. Встречая на своем пути анод, электроны начинают ударяться о его поверхность. При этом происходит торможение электронов и преобразование их высокой кинетической энергии в энергию электромагнитных волн с различной частотой, большая часть которой рассеивается в виде теплового излучения. Небольшое количество энергии, образованной вследствие торможения электронов об анод (примерно 1/1000), покидает рентгеновскую трубку в виде рентгеновского излучения. Таким образом, рентгеновское излучение -- это волновое тормозное электромагнитное излучение. При этом оно направляется перпендикулярно по отношению к оси движения электронов в вакууме рентгеновской трубке. Это становится возможным благодаря особой форме анода, имеющего скошенную поверхность в месте контакта с падающими на него электронами, называемую фокусным пятном. Кроме того, во время подачи на рентгеновскую трубку высокого напряжения анод, выполненный в виде диска, начинает вращаться с высокой частотой. Поэтому в разные моменты времени пучок электронов ударяется о разные участки его поверхности, что предохраняет анод от избыточного нагревания, равномерно распределяя тепловую нагрузку по его поверхности.

Формирование рентгеновского изображения

Принцип получения рентгеновского изображения исследуемого органа основан на неоднородном ослаблении (поглощении) пучка рентгеновского излучения при прохождении его через ткани различной плотности и попадании неоднородно ослабленного излучения на воспринимающую систему (рентгеновскую пленку или флюоресцирующий экран).

Все диагностические изображения, получаемые методами медицинской визуализации, подразделяют на две основные группы - аналоговые и цифровые. Аналоговые изображения получают на специальной рентгенографической пленке или флюоресцирующих экранах с помощью методов классической рентгенодиагностики (рентгенографии, рентгеноскопии, флюорографии, линейной томографии, методик с применением искусственного контрастирования).

Схема формирования рентгеновского изображения за счет неравномерного ослабления рентгеновского излучения: 1 - источник рентгеновского излучения, 2 - тело пациента, 3 -- рентгеновская пленка, флюоресцирующий экран

Существуют негативные и позитивные изображения одного и того же объекта (органов грудной клетки). Органы и ткани, обладающие высокой рентгеновской плотностью (кости, сердце, купола диафрагмы), на негативных изображениях белого цвета, а на позитивных -- черного. При анализе рентгенограмм необходимо также помнить о наличии суммационного эффекта. Суммационный эффект заключается в наслоении изображений различных органов и тканей, расположенных вдоль прохождения пучка рентгеновского излучения.

Открыв « - лучи», Рентген тщательными опытами выяснил условия их образования. Он установил, что эти лучи возникают в том месте трубки, где летящие электроны, составляющие катодный пучок, задерживаются, ударяясь о стенку трубки. Исходя из этого обстоятельства, Рентген сконструировал и построил специальную трубку, удобную для получения рентгеновских лучей. В своих существенных чертах конструкция трубки Рентгена сохранилась и до нашего времени.

На рис. 302 изображена современная рентгеновская трубка. Катодом служит толстая накаливаемая вольфрамовая нить, испускающая интенсивный поток электронов (см. г. II, § 100), которые ускоряются приложенным электрическим напряжением. Катод снабжен колпачком из тантала, фокусирующим электроны, так как электроны вылетают перпендикулярно поверхности катода. Мишенью служит пластинка из вольфрама, платины или другого тяжелого металла, впрессованная в анод (зеркало анода), который для отвода тепла изготовляется из красной меди. Ударяясь о поверхность мишени, электроны задерживаются и дают рентгеновские лучи. Напряжение между катодом и анодом достигает нескольких десятков тысяч вольт. Для того чтобы электроны могли беспрепятственно достигать мишени, рентгеновскую трубку откачивают до высокого вакуума. Анод обычно охлаждают водой.

Рис. 302. Современная рентгеновская трубка; цепь накала катода не показана

Действуя на газы, рентгеновские лучи способны вызвать их ионизацию (см. т. II, § 92). Так, поместив около рентгеновской трубки заряженный электроскоп, мы обнаружим, что он быстро разряжается, если трубка приведена в действие (рис. 303). Причина потери заряда электроскопом состоит в том, что окружающий воздух ионизуется действием рентгеновских лучей и становится проводником. Ионизующее действие рентгеновских лучей также используется для их обнаружения и регистрации.

Рис. 303. Ионизующее действие рентгеновских лучей: 1 - рентгеновская трубка, 2 - электроскоп. Опыт удается как с положительно, так и отрицательно заряженным электроскопом. Под действием рентгеновских лучей в воздухе создаются ионы обоих знаков