Устройство рентгеновских аппаратов.

Питание рентгеновской трубки обеспечивается двумя источниками: источником высокого напряжения для анодной цепи и источником низкого напряжения 6-8 В для цепи накала; каждый из них должен иметь возможность независимой регулировки. Путём изменения анодного напряжения регулируют жёсткость излучения, а изменением накала – силу тока в анодной цепи и, соответственно, мощность излучения.

Питание анодной цепи рентгеновской трубки должно осуществляться постоянным или, по крайней мере, двухполупериодным выпрямленным напряжением. Однако практически возможно питание трубки и переменным напряжением. В этом случае трубка служит одновременно и генератором рентгеновского излучения, и выпрямителем питающего напряжения. Это ухудшает условие работы трубки, но допускается для простоты устройства в аппаратах небольшой мощности. В этом случае излучение имеет пульсирующий характер 50 имп/с. Возможность наблюдения изображения на экране при этом не нарушается, так как, во-первых, неравномерность излучения при такой частоте пульсации не воспринимается глазом и, во-вторых, она частично сглаживается послесвечением экрана.

Принципиальная электрическая смена питания рентгеновской трубки переменным током содержит два трансформатора: T₁ - высокого напряжения для анодной цепи и T₂ - для питания накала.

Высокое напряжение на трубке регулируется при помощи автотрансформатора АТ, подключённого к первичной обмотке трансформатора Т₁. Изменяя переключателем П число витков обмотки автотрансформатора, изменяют и напряжение вторичной обмотки трансформатора, подаваемое на трубку. Ток накала трубки регулируется реостатом R, включённым в цепь первичной обмотки трансформатора Т₂.Ток анодной цепи измеряется миллиамперметром mA.

Для проведения рентгеновских исследований на дому у больного или в полевых условиях используют настольные, переносные рентгеновские аппараты.

При питании выпрямленным напряжением последовательно с трубкой Р включают электронный выпрямитель – кенотрон К (рис.). Его устройство сходно с рентгеновской трубкой за исключением анода, который представляет небольшую пластинку, укреплённую на тонком стержне. При этом обеспечивается однополупериодное выпрямление. В мощных аппаратах применяется двухполупериодное выпрямление с помощью мостовой схемы с четырьмя кенотронами.

Для различных специальных исследований применяются более сложные установки. Применение электронно-оптического преобразователя значительно повышает яркость изображения и даёт возможность наблюдать его в незатемнённом помещении, а также фотографировать или снимать на киноплёнку.

 

Задания для самостоятельной аудиторной работы студентов по указанной теме:

 

1. Ознакомиться с теоретическим материалом по теме занятия с использованием конспектов лекций, рекомендуемой учебной литературой.

 

2. Ответить на вопросы для самоконтроля:

1) Охарактеризуйте свойства рентгеновских лучей

2) Как происходит тормозное рентгеновское излучение?

3) Расскажите об устройстве рентгеновской трубки.

4) Какова природа характеристического рентгеновского излучения?

5) Объясните процессы, происходящие при взаимодействии рентгеновского излучения с веществом.

6) От чего зависит мощность рентгеновского излучения?

7) Что такое линейный коэффициент ослабления и коэффициент поглощения?

8) От чего зависит массовый коэффициент ослабления?

9) Охарактеризуйте методы применения рентгеновского излучения в медицине

10) Начертите схему и объясните принцип работы рентгеновского аппарата.

11) Техника безопасности при работе с рентгеновским аппаратом.

12) Что такое компьютерная томография?

 

3. Решите следующие задачи:

1) С какой скоростью достигают электроны анода рентгеновской трубки, работающей при напряжении 50 кВ?

2) Линейный показатель ослабления свинца, используемого при экранировании рентгеновского излучения равен 52 см^-1. На какой глубине интенсивность рентгеновского излучения уменьшится в 10 раз?

3) Найти поток рентгеновского излучения при U=10 кB, I=1 мА. Анод изготовлен из вольфрама. Скольким фотонам в секунду соответствует волна, длина которой равна 3/2 от длины волны, соответствующей границе спектра тормозного рентгеновского излучения?

4) Считая, что поглощение рентгеновского излучения не зависит от того, в каком соединении атом представлен в веществе, определить во сколько раз массовый коэффициент ослабления кости Ca₃(PO₄)₂ больше массового коэффициента ослабления воды?

5) При увеличении толщины мягкой ткани на 4 см интенсивность прошедшего через ткань пучка рентгеновских лучей уменьшилась в 9 раз. Вычислить линейный показатель поглощения ткани.

 

Самостоятельная работа студентов.

Задание 1. Ознакомиться с устройством различных рентгеновских трубок, и их характеристиками.

Задание 2. Ознакомиться с устройством и назначением настольного рентгеновского аппарата и аппарата стационарного пользования.

Задание 3. Ознакомиться с защитными принадлежностями от побочного рентгеновского излучения, правилами техники безопасности при работе с высоким электрическим напряжением и рентгеновским излучением.

 

3) Проверить свои знания с использованием тестового контроля:

 

                                                      Тест 1

1. Поток рентгеновского излучения пропорционален:

а) квадрату силы тока, напряжению и порядковому номеру элемента вещества анода;

б) силе тока, квадрату напряжения и порядковому номеру элемента вещества анода;

в) квадрату порядкового номера элемента вещества анода, силе тока и напряжению на аноде;

2. От чего зависит жёсткость или мягкость рентгеновского излучения?

а) от порядкового номера элемента;

б) от силы тока накала трубки;

в) от напряжения между анодом и катодом.

3. Тормозное излучение происходит:

а) при торможении быстро движущихся электронов электрическим полем атомов вещества, через которое они пролетают;

б) при бомбардировке электронами анода

в) в пространстве между анодом и катодом.

4. Что такое граничная длина волны?

а) длина волны, ограничивающая спектр рентгеновского излучения со стороны коротких волн.

б) длина волны, соответствующая максимуму спектра рентгеновского излучения

в) длина волны, соответствующая минимуму спектра рентгеновского излучения

5. Сформулируйте закон Мозли:

а) квадратный корень из частоты тормозного рентгеновского излучения является линейной функцией от порядкового номера элемента;

б) квадратный корень из частот характеристического рентгеновского излучения есть линейная функция от порядкового номера элемента;

в) частота характеристического рентгеновского излучения есть линейная функция от порядкового номера элемента.

6. По биологическому действию, с каким из ионизирующих излучений можно сравнить рентгеновские лучи?

а) g-излучение

б) a- частицы;

в) b-излучение.

7. Какие процессы происходят при взаимодействии рентгеновского излучения с веществом?

а) фотоионизация с образованием возбуждённых состояний;

б) когерентное электромагнитное излучение с образованием электронно-позитронных пар;

в) когерентное и некогерентное рассеяние, фотоэффект.

8. от чего зависит массовый коэффициент ослабления?

а) от плотности вещества;

б) от энергии фотона и от атомного номера вещества;

в) от толщины слоя вещества.

 

 

Тест 2.

 

1. Формула потока энергии рентгеновского излучения

а)

б)

в)

2. Формула коэффициента линейного ослабления

а)

б)

в)

3. Формула массового коэффициента ослабления

а)

б)

в)

4. Закон Бугера для рентгеновского излучения.

а)

б)

в)

5. Формула коэффициента поглощения

а)

б)

в)

6. Формула фотоэффекта

а)

б)

в)

7. Рентгеновское излучение имеет длину волны

а) от 10^-5 до 10³ нм

б) от 80 до 10⁵ нм

в) от 80 до 10^-5 нм.

8. Жёсткость рентгеновского излучения определяется по формуле

а) l=12,4U,

б) l=12,4/U

в) l=U/12,4

9. Граничная длина волны определяется по формуле:

а) l_min=hc/eU,

б) l_min=eU/hc,

в) l_min=hc/U.

10. Закон Мозли

а)

б)

в)

Литература:

Основная:

1. Ремизов А. Н. "Медицинская и биологическая физика", М., "Высшая школа",1996 г.

 

Дополнительная:

5. Ремизов А. Н. и др. "Сборник задач по медицинской и биологической физике", М., "Высшая школа", 1987 г. 

6. Ливенцев Н. М. "Курс физики", 1978 г., ч. 1.