Рентгеновские трубки с горячим катодом

Ответить

Фёдоров

Профессионал
Регистрация
12.12.2012
Сообщения
752
Реакции
138
Возраст
46
Адрес
Хабаровск
Веб-сайт
www.entest-nk.ru
Писал потихоньку, по этому слоган будет меняться в зависимости от моего настроения, но обещаю сильно в физику не сваливаться...
Необходимо войти для просмотра

Рассмотрим простую трёхэлектродную трубку

Как писал в одном посте - принцип работы таких трубок основан на термоэлектронной эмиссии.
То есть разогретый катод под действием электрического тока начинает испускать электроны, которые под действием высокого электрического поля несутся к аноду выполненного в виде мишени как стационарной так и вращающийся.

И опять эта эмиссия.

Давайте разбираться....
Представим наш катод в виде лампы накаливания, то есть подали напряжение - есть свет, выключили - нет свет - чудеса да и только!
Что бы мы не делали эмиссия уменьшится может если мы только подадим напряжение меньше чем нада...
Ннннапряжение нннада?
То есть то напряжение анода при котором "отсасывающее" электрическое поле не будет притягивать электроны к аноду.
Опять же вспомню кинескопы и всякие вакуумные приборы, падение эмиссии без видимых внешних причин я не вижу, о ней я написал выше.

Катод в лампах выполнен в виде вольфрамовой спирали, в разное время пробовались и другие материалы, но вольфрам остался в приоритете, хотя сейчас ведутся исследования по изготовлению нитей накала из углеродных наноматериалов, но это не в нашей стране....

Почему спираль? Просто у спирали максимальная площадь излучения электронов при минимальном занимаемом объёме.

Но вот приходит момент, когда наша лампа перегарает, что же происходит?

Общим параметром нитей накала является ресурс накала.
Когда горячий вольфрам медленно испаряется с поверхности, скорость его испарения зависит от температуры: чем выше температура, тем выше скорость испарения.
В свое время дядька Эдисон наблюдал этот эффект на своих газоразрядных приборах.
При испарении вольфрама на границах зерен начинают образовываться так называемые "горячие пятна" и в этом месте со временем проволока истончается на столько, что в конце концов перегорает.
Чем выше температура накала, тем быстрее образуются пятна и чем больше броски напряжения прилагаемые к холодной спирали, тем выше вероятность перегорание нити в местах выгорания, запомним это для последующего вывода.

Помимо этого, пятна коварны!
Между ними возникает контактная разность потенциала и по мимо этого пятно имеет своё электрическое поле с отрицательным пространственным зарядом.
Вот эти поля и создают аномальный эффект Шотки повышающий ток возле горячего пятна и в следствии этого ещё более усиливает местное истончение проволоки.

Можно ещё поговорить про поверхностную диффузию атомов, но думаю это будет лишним и скучным итак я тут понаписал.....

Катод помещают в трубку, которая действует как фокусирующий элемент.

Катоды рекристализируют, то есть проводят "прострел" подают кратковременно большой импульс на катод, это делается для того, чтобы удалить волокнистую структуру проволоки.

Это я рассказал про катоды выполненные из простой проволоки, но есть ещё катоды косвенного накала, то есть нить из вольфрама не является катодом а всеволишь нагревательный элемент который разогревает катод состоящий из металлического цилиндра покрытого оксидами всяких металлов с низкой работой выхода.

Необходимо войти для просмотра

Такой тип катода позволяет питать нить накала переменкой, что значительно уменьшает энергопотребление трубки а также убрать всякие манипуляции типа рекристализации катодной нити и убирает ещё кучу проблем с катодной нитью типа "горячих пятен".
Трубки с такими катодами - четырёхэлектродные.

Продолжим....
Это у нас второй был тип катода, рассмотрим третий...

Гексаборидовые катоды.

Необходимо войти для просмотра

Эти вааще за пояс заткнули вольфрам. Срок их службы в трубках высокой мощности в 10ки раз больше чем вольфрам, ну и нет таких косяков как у вольфрама.
Но ценник у них ууух... они кстати относятся к катодам косвенного накала.

Есть ещё торированный вольфрам, но такие катоды используются в ртутных СВД лампах.
Большой военный тарелка видел?
Вот там торированный вольфрам.
В гражданке он не используется из-за своей высокой токсичности. Разбил лампочку и ласты склеил...

Есть ещё куча всяких сплавов и оксидов, но применимы они в рентгеновских трубках я пока не знаю.

А есть ещё фотокатоды и даже рентгеновские трубки на их основе - ВОТ!

Итак попробуем откапать информацию по тем или иным рентгеновским трубкам используемых в наших аппаратах....

Возьмём одну из самых распростреннённых трубок - 1,2 БПК 21-200

Необходимо войти для просмотра

Чё за цыфры с букавами? Щас разберём...

Первая цифра означает предельную допустимую мощность при длительном включении в киловаттах.

Далее следует буква, обозначающая способ защиты от излучения:
«Р» – обеспечивается полная защита;
«Б» – требуется дополнительная защита элементами кожуха или моноблока аппарата. Следующая буква обозначает область применения:
«П» – для промышленного просвечивания;
«X» – для спектрального анализа;
«С» – для структурного анализа;
«М» – для медицинского просвечивания;
«Т» – для терапии;
«Д» – для дефектоскопии.

Третья буква обозначает способ принудительного охлаждения:
«В» – водяное;
«К» – воздушное;
«М» – масляное.
Отсутствие третьей буквы означает охлаждение естественной конвекцией или лучеиспусканием.

Следующая за буквами цифра обозначает порядковый номер прибора в данной группе.

Следующая цифра в обозначении трубок для промышленного просвечивания (пишется через дефис) указывает предельное допустимое анодное напряжение в киловольтах.

Последним элементом условного обозначения трубок для структурного и спектрального анализа (пишется через дефис) является символ материала мишени анода.

Иногда к стандартному обозначению трубки добавляется римская цифра в скобках, указывающая на внешнее конструктивное оформление прибора (если этого требуют различные конструкции защитных кожухов аппаратуры старых и новых модификаций).

И что получили?

А получили рентгеновскую трубку для промышленного просвечивания с требованиями дополнительной защиты с воздушным охлаждением на 200КV с предельной мощностью в 1,2КВа.

Какая там трубка в СБК стоит? А? Ага... Воть...

Кстати такие трубки стоят на многих аппаратах. РПД, Ратмир, СБК...

Что мы можем ещё сказать за эту трубку посмотрев в паспорт?

Фокусное пятно - 3,0х2,2мм - очень интересно, кто-то лукавит или делает нехилый коммерческий ход.

Угол раствора рабочего пучка излучения 40 ̊ × 60 ̊

Ток накала не более 4,2А

Напряжение накала не более 5,7В

И что мы видим - трубка трехэлектродная, а значит катод у неё естественно вольфрамовая цилиндрическая спираль со всеми вытекающими недостатками и недочетами.... Там ещё есть фокусирующее устройство, я о нём выше писал.

Кстати ребята из ЛЭТИ эти трубки модернизируют улучшая катодный узел (вместо спирали ставят проволоку) и анодный узел.

ИТАК, что можно сказать по катодам, да не доделаны они в Российских трубках - все тормазнулось на уровне 70х годов. Долговечность катода ни каким образом не зависит от дефектоскописта, а напрямую зависит от производителя рентгеновского оборудования и если трубка СДОХЛА по обрыву катода, то виноват разработчик!
Причин возможной вины разработчика несколько, перечислим:

1я причина - не реализована или плохо реализована система медленного разогрева нити катода или накала. (при резких скачках нить накала истончается сильнее). В аппарате типа Ратмир - разогрев катода происходит ооочень медленно и аппарат об этом информирует оператора (нравятся мне эта серия аппаратов), Март ведёт себя совсем по другому, я потом опишу трубку используемую в МАРТ-200, он постоянно подогревает катод так как катод в Марте катод косвенного накала.

2я причина - устанавливаются предельные режимы для трубок, например у трубки 1,2 БПК 21-200, предельно допустимое анодное напряжение 200кв и их ставят в аппараты с литерой 200 с максимальным напряжением 200кв, ну и зачем? Ну подайте максимально на трубку 180кв и будет счастье или пропишите этот факт в паспорте аппарата. Но тут мы говорим про катод, информации какое напряжение и какой ток катода реализован в том или ином аппарате НЕТ! Опять что-то утаивают и скрывают....

3я причина - несовершенные источники питания катодов. Не могу сказать про современные источники питания, но раньше они были простые и за частую все зависело от самой банальной деталюшки, а именно конденсатора, который убирал пульсацию. Когда он высыхал и пульсация шла на катод, тот издыхал гораздо быстрее.... По идее должна быть реализована схема импульсного питания нити катода (миандр), тут можно и остановится по подробней, но думаю будет лишнее, просто поверьте.

Многие аппараты сейчас имеют счетчики наработки, так что от ремонтных организаций ТРЕБУЙТЕ информацию о наработке аппарата, а также если кто-то вам лечит уши об замене трубки, опять же требуйте информацию о наработке трубки и если трубка не вырабатала свой ресурс идите к разработчику аппарата, пусть объясняет почему трубка здохла по обрыву катода.
И вааще, почему к аппаратам не прикладывают паспорта трубок?? А?? Чё это Вы тама скрываете?

Сразу скажу, что если не тренировать трубку, то может быть оная и здохнет, но как правила сдыхает электроника. Про тренировку и почему это надо делать расскажу позже. Хотя в некоторых аппаратах тренируй не тренируй все равно получишь, ой, А, "прострел". И только в аппаратах одной извесной марки оные "прострелы" встречаются в других аппаратах я их не встречал....

Уточнюсь, я говорю про трубки и аппараты не панарамного действия.

Есть одна хитрость как повысить ресурс трубки - работайте на максимально возможном малом токе. НО! Это палка о двух концах, об втором конце поговорим в теме про Аноды.

С катодами закончим, следующее - АНОДЫ!
Ну я на рыбалку, потом продолжим.
 

Вложения

  • 1024px-Roentgen-Roehre.svg.jpg
    1024px-Roentgen-Roehre.svg.jpg
    29 KB · Просмотры: 33
  • 1902-15.jpg
    1902-15.jpg
    18.7 KB · Просмотры: 31
  • БПК.jpg
    БПК.jpg
    56.8 KB · Просмотры: 30
  • LaB6HotCathode.jpg
    LaB6HotCathode.jpg
    14.9 KB · Просмотры: 31
Сверху