/
Автор: Шмелев В.К.
Теги: электротехника рентгенология медицинское оборудование рентгенодиагностика рентгеновские аппараты
Год: 1973
Текст
РЕНТГЕНОВСКИЕ
АППАРАТЫ
В. К. ШМЕЛЕВ
РЕНТГЕНОВСКИЕ
АППАРАТЫ
ИЗДАНИЕ ЧЕТВЕРТОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ
«Э Н Е Р Г И Я»
МОСКВА 1973
6Ф9
Ш 72
УДК 621.386.12
Шмелев В. К.
Ш 72 Рентгеновские аппараты. Изд. 4-е, перераб.
М., «Энергия», 1973.
472 с. с ил.
Книга посвящена рентгеновским аппаратам. Основное внимание
в книге уделяется рентгеновским излучателям и рентгеновским питаю-
щим устройствам. Даются сведения о рентгеновских аппаратах меди-
цинского и технического назначения; наибольшее место отведено
рентгенодиагностическим аппаратам.
Книга предназначается для инженерно-технических работников,
имеющих дело с производством рентгеновских аппаратов и их ре-
монтом и монтажом на местах. Она может также служить пособием
для учащихся рентгеновских техникумов и использоваться студентами
электротехнических вузов по курсу рентгенотехники.
, 3311-277’
Ш 051(01)-73 119’73
6Ф9
© Издательство «Энергия». 1973 г.
ВЛАДИМИР КОНСТАНТИНОВИЧ ШМЕЛЕВ
Рентгеновские аппараты
Редактор И. В. А н т и к
Переплет художника В. И. Карпова
Технический редактор Н. А. Галанчева
Корректор Г. Г. Желтова
Сдано в набор 13/XI 1972 г. Подписано'к печати 11/V 1973 г.
Т-08442 Формат 84X108»/32 Бумага типографская К? 2
Усл. печ. л. 24,78 Уч.-нзд. л. 26,75 г Тираж 10 000 экз.
Зак. 1434 Цена 1 р. 46 к.
Издательство «Энергия». Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Московская типография № 10 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В 1970 г. исполнилось 75 лет со времени откры-
тия рентгеновских лучей. Сразу же после открытия
они начали использоваться для практических це-
лей. Постепенно расширяясь, это использование
принимало все большие масштабы. Шестидесятые
годы явились очередным этапом развития рентге-
нотехники.
Сеть рентгеновских кабинетов и лабораторий
Советского Союза непрерывно увеличивается; од-
новременно возрастает и производственный выпуск
рентгеновской аппаратуры. Данная книга, как и
предыдущие ее издания, предназначается в пер-
вую очередь для инженерно-технических работни-
ков, имеющих дело с производством рентгеновских
аппаратов и их монтажом и ремонтом на местах.
Она может также служить пособием для учащихся
рентгеновских техникумов и использоваться сту-
дентами электротехнических вузов по курсу рент-
генотехники. .
Основным содержанием книги является силовая
электрическая часть рентгеновских аппаратов —
рентгеновские излучатели и рентгеновские питаю-
щие устройства. Сведения о свойствах рентгенов-
ских лучей, методах их регистрации и измерения,
так же как и о той части аппаратов, которая отно-
сится к устройствам для применения рентгеновских
лучей, даются лишь в кратком виде.
Развитие рептгепоаппаратостроения идет по пу-
ти профилирования аппаратов в зависимости от их
более узкого назначения. Наибольшее внимание
в книге уделяется рентгенодиагностическим аппа-
ратам, самым многочисленным и самым сложным
в силовой электрической части. Описательный ма-
териал по всем видам рентгеновских аппаратов
дается в минимальном объеме. Развитие рентгено-
аппаратостроепия идет быстрыми шагами и уде-
лять много места описанию конструкций было бы
нецелесообразно. В то же время, достаточно усвоив
теоретические основы и имея практический опыт,
можно разобраться в любом аппарате знакомого
профиля.
Терминология в книге выдержана в соответст-
вии с рекомендацией СЭВ PC 2277-69 «Аппараты
рентгеновские. Термины». Список литературы со-
держит в основном публикации последних 15 лет.
Автор счел- целесообразным внести в этот список
также некоторые работы давних лет, по которым
желающие могли бы составить себе представление
о постепенном становлении физических и техниче-
ских основ современного рентгеноаппаратострое-
ния. Это позволило свести к минимуму историче-
ские отступления в тексте книги.
Автор
ОТ ИЗДАТЕЛЬСТВА
Настоящая книга представляет собой четвертое изда-
ние, радикально переработанное, по сравнению с тре-
тьим изданием, выпущенным в 1957 году. За прошед-
ший период в большой степени сменился парк эксплуа-
тируемой рентгеновской аппаратуры, разработаны новые
значительно более современные типы рентгеновских
аппаратов. За это время нашли широкое применение
в рентгеновских дефектоскопических и диагностических
аппаратах электронные преобразователи и усилители
рентгеновского изображения, телевизионная техника.
Существенно возросла насыщенность аппаратуры эле-
ментами автоматики и вычислительной техники.
Все эти тенденции нашли отражение в новом изда-
нии книги, которая представляет собой итог сорокалет-
ней плодотворной деятельности автора в области отече-
ственного рентгеноаппаратостроения.
Преждевременная кончина Владимира Константи-
новича Шмелева шрервала его работу над заключитель-
ным этапом рукописи. Работа закончена его учениками
и соратниками.
Большое участие в доработке рукописи и подготовке
ее к печати приняли капд. техн, наук Н. Н. Блинов,
инженеры Г. А. Жегалкин, В. Л. Ярославский, В. Г. Со-
колов, Л. В. Владимиров, 3. И. Шульгина и Г. В. Арте-
мова.
§ 4-116 — «Микро и наносекундная техника» написан
В. к. ш мелевым и Н. Н. Блиновым, § 5-9в — «Аппара-
ты и устройства для ангиокардиографии» написан
В. К. Шмелевым и В. Г. Соколовым. § 6-2 — «Рентге-
новские микроскопы» написан Ю. К. Иоффе.
Издательство выражает всем лицам, принявшим
участие в обработке материалов этой книги, благодар-
ность, которую автор не успел выразить лично.
5
ВВЕДЕНИЕ
Рентгеновские лучи относятся к той форме материи,
которую называют светом. Их отличие от видимых све-
товых лучей заключается в том, что они имеют значи-
тельно меньшие длины волн, — другими словами, энер-
гия фотонов рентгеновского излучения в десятки и сотни
тысяч раз больше энергии фотонов видимого света.
Длины волн рентгеновских лучей, применяемых для
практических целей, лежат в пределах 2-Ю-8—0,6Х
Х10~10см*. Таким образом, рентгеновские лучи в шкале
излучений следуют за ультрафиолетовыми лучами и за-
ходят в область гамма-лучей радиоактивных веществ.
Основной особенностью рентгеновских лучей, как и гам-
ма-лучей, является большая проникающая способность:
они могут проходить через вещества, совершенно непро-
зрачные для видимого света. Эта особенность послужи-
ла причиной широкого применения рентгеновских лучей
в медицине и технике.
Рентгеновские лучи были открыты немецким физи-
ком В. К. Рентгеном в конце 1895 г. Рентген назвал
открытые им лучи икс-лучами, подчеркивая тем самым
их необычность и загадочность. Основные свойства но-
вых лучей были описаны самим Рентгеном, однако при-
рода их оставалась неизвестной вплоть до 1912 г., когда
М. Лауэ, обнаружив дифракцию рентгеновских лучей-
в кристаллах, показал, что они относятся к световым
явлениям.
Первой областью, в которой рентгеновские лучи на-
шли широкое практическое применение, явилась меди-
цинская рентгенодиагностика. Первые снимки частей
человеческого тела были сделаны самим Рентгеном.
* Имеется в виду излучение, генерируемое рентгеновскими труб-
ками при напряжении до 2 000 кВ.
6
В России уже в первые месяцы после открытия новых
лучей отдельные ученые и врачи наряду с исследованием
свойств этих лучей стали применять их для диагности-
ческих целей. Так, например, изобретатель радио
А. С. Попов, один из первых создал аппаратуру для по-
лучения рентгеновских лучей, которая по его инициативе
использовалась в Кронштадтском военно-морском гос-
питале. Профессор Петербургской военно-медицинской
академии Н. Г. Егоров организовал уже во второй поло-
вине 1896 г. регулярный прием пациентов для производ-
ства рентгенодиагностических снимков. Вслед за рент-
генодиагностикой стала развиваться рентгенотерапия —
лечение посредством рентгеновских лучей некоторых
болезней.
Открытие дифракции рентгеновских лучей в кристал-
лах привело к использованию рентгеновских лучей для
изучения микроструктуры кристаллических .веществ.
Основы этой области применения рентгеновских лучей,
получившей название рентгеноструктурного анализа,
были заложены в 1913 г. профессором Московского уни-
верситета Г. В. Вульфом и одновременно английскими
учеными Брэггами путем вывода простого уравнения,
описывающего дифракцию рентгеновских лучей в кри-
сталлах. Вслед за рентгеноструктурным анализом стал
развиваться рентгеноспектральный анализ — определе-
ние при помощи рентгеновских лучей химического со-
става сложных веществ.
Важной областью применения рентгеновских лучей
явилась рентгенодефектоскопия, т. е. обнаружение де-
фектов в изделиях просвечиванием этих изделий рентге-
новскими лучами. В отличие от рентгепоструктурного
анализа, который имеет дело с микроструктурой веще-
ства, в рентгенодефектоскопии исследуют макрострук-
туру изделий.
В итоге широкого использования рентгеновских лу-
чей для медицинских и технических целей возникло
множество рентгеновских кабинетов и лабораторий, по-
требовавших разнообразной специальной аппаратуры,
которая получила общее название рентгеновской. Рент-
геновскую аппаратуру можно подразделить на: 1) соб-
ственно рентгеновские аппараты и 2) вспомогательное
рентгеновское оборудование.
Рентгеновским аппаратом называется совокупность
технических средств, предназначаемых для получения
7
и использования рентгеновских лучей. Основные состав-
ляющие рентгеновского аппарата:
а) рентгеновский излучатель, состоящий из
источника рентгеновских лучей — рентгеновской
трубки, являющейся высоковольтным электровакуум-
ным прибором, и защитного кожуха, в который встрое-
на рентгеновская трубка;
б) рентгеновское питающее устройство,
служащие для питания рентгеновской трубки электриче-
ской энергией; в состав рентгеновского питающего уст-
ройства входят высоковольтный генератор и
пульт управления;
в) устройства для применения рентге-
новских лучей, служащие для приведения в рабо-
чее положение (или движение) излучателя, объекта
исследования (или объекта облучения) и приемника из-
лучения;
г) дополнительные устройства и принадлежности.
Под вспомогательным понимается такое рентгенов-
ское оборудование, которое входит в состав непосредст-
венно рентгеновского кабинета или лаборатории, напри-
мер устройства для рассматривания рентгеновских
снимков. В ряде случаев трудно провести границу меж-
ду вспомогательным оборудованием и дополнительными
устройствами и принадлежностями рентгеновского аппа-
рата.
Рентгеновская трубка представляет собой высоко-
вольтный электровакуумный прибор с двумя электро-
дами: катодом и анодом. Рентгеновские лучи возникают
в результате резкого торможения быстродвижущихся
электронов об анод рентгеновской трубки. Электроны
разгоняются сильным электрическим полем, которое
создается высоким напряжением, приложенным между
электродами. Напряжение имеет обычно величину по-
рядка десятков и сотен киловольт: чем оно выше, тем
больше проникающая способность рентгеновских лучей.
По способу получения свободных электронов разли-
чают два основных класса рентгеновских трубок: ион-
ные трубки и электронные трубки. В ионных трубках
свободные электроны получаются в результате иониза-
ции разреженного газа между электродами трубки при
давлении порядка 1—0,1 Па (10~2—10-3 мм рт. ст.).
В электронных трубках для получения свободных элек-
тронов используется явление термоэлектронной эмиссии
8
в высоком вакууме при давлении порядка 10~4—10~5 Па
(10“6—10-7 мм рт. ст.). Катод электронной рентгенов-
ской трубки имеет вольфрамовую нить, которая нака-
ливается электрическим током и служит источником
свободных электронов. В 'Современных рентгеновских
аппаратах применяются исключительно электронные
трубки, как правило, запаянные. В некоторых случаях
используются разборные трубки, работающие с вакуум-
ным насосом.
В импульсных рентгеновских трубках наряду с тер-
моэлектронной эмиссией используется явление электро-
статической (автоэлектронной) эмиссии — вырывание
электронов из катода внешним электрическим полем.
Для устойчивой работы некоторых типов таких трубок
требуется, чтобы давление в трубке было снижено до
10-8—10-10 Па (10-10—10~12 мм рт. ст.).
Защитный кожух, в который встраивается рентге-
новская трубка, осуществляет защиту от высокого на-
пряжения обслуживающего персонала, а в аппаратах
медицинского назначения — и пациентов. Одновременно
защитный кожух ограничивает пучок исходящих рент-
геновских лучей, уменьшая нежелательные излучения
в окружающую среду, как прямое, так и рассеянное.
Источником (генератором) высокого напряжения
для рентгеновской трубки является, как правило, высо-
ковольтный трансформатор. В очень редких случаях
используются электростатические генераторы. Первич-
ная обмотка высоковольтного трансформатора обычно
получает питание от электрической сети или иного
источника переменного тока с напряжением 220—380 В
и частотой 50 Гц. Вторичная обмотка в простейшем
случае соединяется прямо с рентгеновской трубкой, ко-
торая работает при этом на переменном напряжении.
Трубка сама является выпрямителем, запирая ток
в тот полупериод, когда анод отрицателен относительно
катода. В большинстве случаев высокое напряжение
предварительно выпрямляется при помощи электриче-
ских вентилей — высоковольтных кенотронов, селеновых
выпрямителей. При этом используются как однофазные,
так и трехфазные выпрямительные схемы. Иногда име-
ются также высоковольтные конденсаторы, служащие
для повышения напряжения трансформатора (обычно —
для удваивания напряжения), а также для сглаживания
напряжения на трубке.
9
В импульсных рентгеновских аппаратах конденса-
торы используются для того, чтобы запасать электриче-
скую энергию из сети (или иного источника электриче-
ской энергии) в течение длительного времени при малой
мощности, а отдавать рентгеновской трубке в течение
малого времени при большой мощности.
Все элементы высоковольтного генератора обычно
размещаются в общем кожухе (баке), заполняемом
трансформаторным маслом. Высокое напряжение .выво-
дится из бака через специальные гнезда. В эти гнезда
вставляются наконечники гибких высоковольтных кабе-
лей, посредством которых присоединяется рентгеновская
трубка, встроенная в защитный кожух. В некоторых
аппаратах рентгеновская трубка располагается в общем
кожухе с высоковольтным генератором. Такое устрой-
ство называется моноблоком.
Из сказанного следует, что современные рентгенов-
ские аппараты могут быть названы электрически без-
опасными, поскольку в них все части, находящиеся под
высоким напряжением, окружены оболочками, защи-
щающими от случайного прикосновения к этим частям.
Пульт управления часто выполняется передвижным.
На пульте управления сосредоточиваются органы
управления, осуществляющие включение и отключение
высокого напряжения, регулировку напряжения на
трубке, регулировку тока трубки, а также контрольные
измерительные приборы.
Наибольшее рабочее (номинальное) напряжение
рентгеновского аппарата зависит от его назначения и
имеет обычно величину порядка десятков п сотен кило-
вольт.
Предельное напряжение, используемое в реитгено-
аппаратостроении, 2 000 кВ. Длительная мощность рент-
геновского аппарата не превышает 5—10 кВ-А. Таким
образом, малая мощность при весьма высоком напря-
жении является отличительным признаком рентгенов-
ских аппаратов. Благодаря малой мощности потреб-
ление электрической энергии также сравнительно мало
и стоимость этой энергии невелика по сравнению с про-
чими эксплуатационными расходами и стоимостью са-
мой аппаратуры. Поэтому величина к. п. д. в рентгенов-
ских аппаратах играет второстепенную роль и ею инте-
ресуются в первую очередь с точки зрения влияния
потерь энергии в аппарате на его нагрев.
10
Запас электрической прочности высоковольтных уст-
ройств рентгеновских аппаратов имеет величину поряд-
ка 40—50%, т. е. значительно меньше, чем у силовой
высоковольтной аппаратуры па такое же напряжение,
где он достигает 100% и более. Это объясняется тем,
что в силовых высоковольтных устройствах необходимо
считаться с перенапряжениями, приходящими извне, в ча-
стности с атмосферными перенапряжениями, достигаю-
щими значительных величин; в рентгеновских же аппа-
ратах имеют дело лишь с перенапряжениями, возникаю-
щими в самом аппарате. Ввиду сравнительно малой
мощности рентгеновского аппарата не составляет боль-
шого труда ограничить эти перенапряжения или подавить
их совершенно. Пониженный запас электрической проч-
ности позволяет придать рентгеновской аппаратуре боль-
шую компактность и снижает ее массу, уменьшается и
площадь, занимаемая аппаратурой в эксплуатационных
условиях. Достаточность применяемого на практике
запаса электрической прочности подтверждается всем
опытом эксплуатации рентгеновских аппаратов.
Устройствами для применения рентгеновских лучей
в первую* очередь являются рентгеновские штативы,
служащие для поддержания и перемещения рентгенов-
ского излучателя. В рентгеновских аппаратах медицин-
ского назначения устройства для применения рентгенов-
ских лучей весьма разнообразны и в ряде случаев слож-
ны.
В рентгенодиагностических и рентгенотерапевтиче-
ских штативах, столах и столах-штативах для переме-
щения рентгеновского излучателя и других частей ши-
роко применяется электро- и гидропривод. Различие
между рентгеновскими аппаратами в зависимости от их
назначения в первую очередь определяется различием
в устройствах для применения лучей.
Отечественная рентгеновская промышленность на-
чала создаваться во второй половине 20-х гг. и полу-
чила большое развитие в первую и вторую пятилетки.
Пионерами в области разработки и производства были:
по рентгеновским аппаратам — В. А. Витка и А. И. Тхор-
жевский, по рентгеновским трубкам — Ф. Н. Хараджа.
Война заставила резко сократить выпуск рентгеновской
аппаратуры. Однако уже первое послевоенное пятилетие
явилось периодом быстрого восстановления и дальней-
шего развития рентгеновской промышленности.
11
В конце 40-х гг. появились искусственные радиоизо-
топные источники и 50-е гг. прошли под знаком сорев-
нования между рентгеновскими и гамма-лучами. В итоге
за первыми остались полностью медицинская диагно-
стика1 и структурный анализ и они сохранили преиму-
щественную роль в дефектоскопии и спектральном ана-
лизе. К гамма-лучам отошла ведущая роль в терапии
и в новой области — облучении в технологических це-
лях. Такое разделение‘ определялось достоинствами
рентгеновских или гамма-лучей для той или иной
области.
Рентгеновские аппараты медицинского назначения
выпускаются заводами «Мосрентген», «Севкаврентген»
и «Актюбрентген»; Производство рентгенодефектоскопи-
ческих аппаратов в основном сосредоточено на заводе
«Актюбрентген». Ленинградский Опытный завод СКБРА
«Буревестник» осуществляет выпуск аппаратуры для
рентгеноструктурного п рентгеноспектрального анали-
зов н частично для рентгенодефектоскоппи. Рентгенов-
ские трубки изготовляются ленинградским объедине-
нием «Светлана». Киевское производственное объедине-
ние медицинской техники выпускает некоторые рентге-
нодиагностические устройства н принадлежности, в ча-
стности рентгеновские отсеивающие решетки.
1 Имеются в виду рсптгеподиагпостические просвечивания и
снимки. В 60-х гг. начала развиваться радиоизотопная диагностика,
в основе которой лежит метод «меченых атомов»; она не заменяет,
а дополняет рентгенодиагностику.
ГЛАВА ПЕРВАЯ
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧАХ
1-1. ГЕНЕРИРОВАНИЕ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ
Как уже указывалось, рентгеновские лучи возникают
на аноде рентгеновской трубки при торможении элек-
тронов, движущихся от катода к аноду под действием
ускоряющего поля. При торможении имеют место сле-
дующие процессы:
а) упругие столкновения с атомами и ионизация во
внешних электронных слоях; при этих процессах имеет
место постепенное преобразование кинетической энер-
гии электрона в тепловую энергию;
б) ионизация в электронных слоях, близких к атом-
ному ядру, которая приводит к появлению рентгеновско-
го характеристического спектра, состоящего из отдель-
ных спектральных линий;
в) резкое торможение электрона в поле ядра, в ре-
зультате чего возникает непрерывный рентгеновский
спектр торможения с резкой границей со стороны ма-
лых длин воли.
Почти вся кинетическая энергия тормозящихся элек-
тронов превращается в тепловую энергию. Лишь не-
значительная доля — десятые доли процента или не-
сколько процентов (в зависимости от напряжения) —
превращается в энергию рентгеновского излучения.
Поэтому в трубках должно предусматриваться охла-
ждение анода. Нагрев анода ограничивает допустимую
мощность трубки.
Участок поверхности анода, на котором тормозятся
электроны, называется фокусом трубки. Рентгеновские
лучи распространяются от фокуса прямолинейно в виде
расходящегося пучка. Мощность излучения, представ-
13
ляющая -собой общий поток лучистой энергии, .испускае-
мый фокусом в единицу времени, равна:
РИЗЛ = J dS, (1"1)
S
где dS— элемент поверхности; S — полная поверхность,
пронизываемая всем потоком рентгеновских лучей и J —
Рис. 1-1. Пространствен-
ное распределение интен-
сивпости излучения топ-
кой мишени.
мощность излучения, приходя-
щаяся на единицу поверхности,
перпендикулярной направлению
лучей, и называемая интенсив-
ностью излучения. Единицей ин-
тенсивности излучения является
Вт/см2.
Пространственное распреде-
ление интенсивности рентгенов-
ского излучения при бомбарди-
ровке электронами тонкой мише-
ни представлено на рис. 1-1. На
практике при напряжениях до
500 кВ обычно используют мас-
сивный анод, излучающая поверх-
ность которого располагается под
углом 45—90° по отношению к по-
току электронов. Проетранствен-
ное распределение интенсивности
излучения для такого случая
представлено на рис. 1-2. Обыч-
но используется сравнительно узкий пучок лучей в на-
правлении, перпендикулярном потоку электронов (или
близком перпендикулярному); этот пучок лучей часто
называют центральным пучком. В пределах этого пучка
интенсивность излучения на равных расстояниях от фо-
куса практически постоянна.
Если считать источник лучей точечным и не прини-
мать во внимание их ослабления средой, то интенсив-
ность излучения уменьшается обратно пропорционально
квадрату расстояния от источника:
,2 ’
г2
(1-2)
где /1 — интенсивность лучей на расстоянии п от источ-
ника излучения, а Л — интенсивность лучей на расстоя-
нии Г2-
14
Этот закон справедлив в подавляющем большинстве
случаев практического использования рентгеновских лу-
чей, поскольку расстояние от фокуса трубки до объекта
исследования или приемника рентгеновских лучей
(экран, пленка и т. п.) обычно велико по сравнению
с линейными размерами фокуса, а ослаблением лучей
Рис. 1-2. Пространственное распределение интенсивности излу-
чения массивного анода.
/ — новая трубка; 2 — трубка, бывшая в эксплуатации.
воздухом при напряжениях свыше 30—40 кВ можно
пренебречь.
В общем спектре рентгеновского излучения, генери-
руемого рентгеновской трубкой, спектр торможения
обладает значительно большей энергией, чем характери-
стический спектр. Поэтому при использовании всего
спектра в целом можно в первом приближении считать,
что действие рентгеновских лучей обусловливается лишь
спектром торможения. Специфические свойства характе-
ристического спектра используются лишь при некоторых
методах рентгеноструктурного анализа и при рентгено-
спектральном анализе.
Рассмотрим закономерности, свойственные спектру
торможения. Все электроны у поверхности анода обла-
дают одинаковыми кинетическими энергиями. Эту кине-
тическую энергию электрон приобретает, двигаясь
в ускоряющем поле между катодом и анодом. Поэтому
она равна:
A—eUa, (1-3)
15
где е — заряд электрона, равный 1,602-10~19 Кл, a Ua —
анодное напряжение, т. с. напряжение между электро-
дами трубки (начальной кинетической энергией, которой
электрон обладает при выходе из катода, ввиду ее
малости можно пренебречь).
Однако фотоны рентгеновского спектра торможения
будут обладать различными энергиями. Это можно
объяснить тем, что: 1) электрон может испытать резкое
торможение после того как он потерял часть энергии на
упругие столкновения; 2) при резком торможении элек-
трон может частично сохранить свою кинетическую
энергию. В итоге в излучении, генерируемом трубкой,
будут фотоны со всевозможными энергиями вплоть до
некоторой максимальной, характеризующей полный пе-
реход всей кинетической энергии, запасенной электроном
в ускоряющем поле, в энергию рентгеновского излу-
чения.
Связь между энергией фотона А и длиной волны Z
дается формулой
A = h-^-, (1-4)
где h — постоянная Планка, равная 6,62 • 10“34 Дж-см
и с — скорость света, равная 3-1010 см/с. Таким обра-
Рис. 1-3. Зависимость интен-
сивности непрерывного
спектра от длины волны и
анодного напряжения.
зом, фотону с максимальной
энергией соответствует мини-
мальная длина волны. Прирав-
няв друг другу формулы (1-3)
и (1-4), видим, что минималь-
ная длина волны, как и макси-
мальная энергия фотона, опре-
деляется анодным напряжени-
ем. Подставляя численные зна-
чения, получаем формулу
ЯМШ1=^-Ю-5. (1-5)
Здесь напряжение выража-
ется в вольтах, а длина вол-
ны — в сантиметрах.
Распределение энергии в
спектре торможения показа-
но на рис. 1-3. Здесь абс-
циссой является длина волны
излучения, а ординатой — интенсивность излучения дан-
ной длины волны (так называемая плотность интенсив-
ности в спектре) Д. Кривые рис. 1-3 сняты при одном
и том же анодном токе и различных анодных напряже-
ниях. Из рис. 1-3 видно, что при повышении напряжения
происходит сдвиг в сторону более коротких длин волн
не только минимальной длины волны, но и максимума
интенсивности, т. е. всего спектра в целом. При этом
увеличивается проникающая способность лучей тормо-
жения или, как говорят,- возрастает их жесткость.
Площадь, ограниченная кривой и осью
абсцисс, представляет собой общую интенсивность излу-
чения
J = J . J^dX.
*^мин
Так как эта площадь с увеличением анодного напря-
жения увеличивается, то, следовательно, интенсивность
излучения с повышением напряжения также возрастает.
Увеличение интенсивности излучения при повышении
напряжения и неизменном анодном токе (т. е. при неиз-
менном количестве электронов, тормозящихся на аноде
трубки в единицу времени) происходит за счет увеличе-
ния кинетической энергии каждого отдельного электро-
на. Наоборот, увеличение анодного тока при неизменном
анодном напряжении увеличивает число электронов,
тормозящихся на аноде, оставляя кинетическую энергию
отдельного электрона неизменной. Естественно, что
жесткость излучения при этом не меняется, интенсив-
ность же возрастает пропорционально числу электронов,
т. е. пропорционально анодному току.
Таким образом, жесткость лучей торможения, гене-
рируемых рентгеновской трубкой, зависит только от
анодного напряжения, интенсивность же — от анодного
напряжения и анодного тока. Кроме того, интенсивность
зависит также от атомного номера вещества, в котором
происходит торможение электронов. Зависимость интен-
сивности от всех указанных факторов дается формулой
J=cZU\l&, (1-6)
справедливой при напряжениях до 400—500 кВ (с —
коэффициент пропорциональности).
2—1434 17
Электрическая мощность, затрачиваемая на ускоре-
ние электронов и воспринимаемая анодом при их тор-
можении, равна:
Р а — UsJ а- (1 -7)
Отношение доли мощности, переходящей в излучение
и выражаемой формулой (1-1), ко всей мощности, вос-
принимаемой анодом, можно назвать радиационным
к. п. д.:
„ Р изл
Лизл — р
1 а
Его численные значения малы и составляют для
вольфрамового анода примерно 1% при напряжении
100—150 кВ. Однако действительный радиационный
к. п. д. во много раз меньше, поскольку па практике, как
уже указывалось, используется сравнительно узкий
пучок лучей, т. е. незначительная доля всего потока
излучения. К этому следует добавить ослабление потока
при прохождении через промежуточные среды, в част-
ности через баллон трубки.
Если говорить о полном к. п. д. рентгеновского аппа-
рата, то следует учесть еще его электрический к. п. д.
(о нем шла речь во введении), представляющий собой
отношение электрической энергии, получаемой от источ-
ника тока, к энергии, воспринимаемой анодом трубки.
Наконец, в полном цикле преобразования энергии.сле-
дует учитывать долю энергии, поглощенной объектом
облучения, по отношению к энергии, падающей на
объект, и попытаться оценить ту долю этой доли, кото-
рая производит ожидаемый эффект.
Возвращаясь к формулам (1-6) и (1-7), укажем, что
на практике часто оказывается целесообразным исполь-
зовать понятие рентгеновской отдачи трубки; эта отдача
представляет собой отношение
еизл=-i~=czu&, (i-8)
где под J понимается интенсивность используемого пуч-
ка излучения. В дальнейшем интерес будет представ-
лять лишь зависимость интенсивности от анодного на-
пряжения и анодного тока. Поэтому удобно в формуле
(1-6) положить cZ = a, т. е. заменить ее формулой
J = (1-9)
18
При постоянном анодном напряжении и постоянном
анодном токе интенсивность излучения также постоянна.
При пульсирующем или переменном напряжении она
непрерывно меняется во вре-
мени в соответствии с изме-
нениями анодного напряже-
ния и анодного тока. При
переменном напряжении
анодный ток проходит лишь
в ту часть периода, когда
анод положителен по отно-
шению к катоду; естествен-
но, что рентгеновская труб-
ка генерирует рентгеновские
лучи также лишь в эту
часть периода.
Рис. 1-4. Изменение интенсив-
ности излучения J и нараста-
ние излученной энергии Аг
при синусоидальном напряже-
нии иа.
Формула (1-9) теперь
справедлива только для со-
отношений между мгновенными значениями. На рис. 1-4
представлено в качестве примера изменение интенсив-
ности излучения при синусоидально изменяющемся
анодном напряжении и типичной кривой анодного тюка;
здесь же дано нарастание величины излученной энергии
Ar — J dt — J ati* ia dt
в течение четверти периода от ил = иа.макс до иа = 0. Из
этой кривой видно, что примерно 65% энергии излуча-
ется в пределах от (7а.Макс до 0,9(7 а.макс и 90%' — от
Uа.макс ДО а.макс- Каждому моменту времени на
рис. 1-4 соответствует своя минимальная длина волны
и свое распределение энергии в спёктре. Минимальная
длина волны при максимальном (за период) напряже-
нии является минимальной длиной волны всего излуче-
ния в целом и может быть по-прежнему определена по
формуле (1-5).
Из сказанного ясно, что средняя за период интенсив-
ность излучения зависит от форм кривых анодного на-
пряжения и анодного тока. Рис. 1-5 показывает, что при
постоянном напряжении интенсивность излучения выше,
чем при таком же (по максимуму) пульсирующем.
Вместе с тем излучение при пульсирующем напряжении
является и менее жестким: хотя %МИп и одинаковы, но
максимум интенсивности сдвинут в сторону более длин-
ных волн.
19
В рентгеновских аппаратах в зависимости от выпря-
мительной схемы напряжение имеет различную форму
кривой, причем эта последняя может сильно изменяться
с нагрузкой. Естественно, надо пользоваться максималь-
ным (за период)
Рис. 1-5. Сравнение
интенсивностей излуче-
ния при постоянном и
пульсирующем напряже-
значением напряжения, так как:
1) рентгеновский эффект, как мы
видим, в основном зависит от ма-
ксимума напряжения на трубке,
2) именно с ним связана в пер-
вую очередь электрическая проч-
ность изоляции. В отношении то-
ка трубки целесообразно пользо-
ваться средним (за период) зна-
чением:
а.ср
Т
=Д-
о
пиях’ поскольку это значение тока (на-
ряду с максимумом напряжения^
наиболее удобно для оценки рентгеновского эффекта.
Среднюю за период интенсивность излучения можно
представить как
т
J—-—A aui. dt = ay(U2 I. co,
T ] a a 1 а.макс a.cp’
0
(1-10)
где у — коэффициент пропорциональности, зависящий от
форм кривых анодного напряжения и анодного тока и
представляющий собой правильную дробь.
Электрическая мощность, воспринимаемая анодом
трубки при пульсирующем или переменном напряжении,
также периодически меняется.
Средняя за период мощность может быть определена
по формуле
т
Р b=z~fr J ^а^а === RA.макета.ср» (1’1 0
0
где f — коэффициент пропорциональности, также, зави-
сящий от форм кривых анодного напряжения и анодно-
го тока и представляющий собой правильную дробь.
Отдача рентгеновской трубки при пульсирующем или
переменном напряжении зависит от максимального (за
20
период) напряжения и форм кривых напряжения и тока:
t J _____ ^^а.макс ^а.ср Y т, /1 1О\
5—р & fri ] —& f ^Лп.макс-
При практических формах кривых коэффициент у
для обычной рентгеновской трубки меньше коэффициен-
та f (так как интенсивность излучения пропорциональна
квадрату анодного напряжения, а электрическая мощ-
ность— только первой степени). Поэтому отдача трубки
при переменном или пульсирующем напряжении мень-
ше, чем при постоянном [Л. 59].
Для повышения отдачи трубки при переменном и
пульсирующем напряжениях было предложено приме-
нять рентгеновские трубки с управляющей сеткой [Л. 60].
Если подавать на сетку отрицательный по отношению
к катоду потенциал и запирать анодный ток при недоста-
точно высоких значениях анодного напряжения, то труб-
ка будет генерировать лучи лишь в ту часть периода,
когда анодное напряжение близко к максимуму. В итоге
излучение будет количественно и качественно прибли-
жаться к излучению при постоянном напряжении
Переходим к краткому рассмотрению закономерно-
стей характеристического спектра. Пользуясь планетар-
ной моделью атома, возбуждение характеристического
спектра можно представить следующим образом. Фотон
характеристического излучения возникает, когда элек-
трон, движущийся от катода к аноду, при торможении
у поверхности анода попадает вглубь какого-либо атома
и выбивает при этом из атома электрон, движущийся по
одной из внутренних орбит. Равновесное состояние
атома нарушается, и электрон с какой-либо более отда-
ленной от ядра атома орбиты переходит на освободив-
шуюся орбиту. На каждой орбите электрон обладает
определенной энергией, причем эта энергия тем больше,
чем дальше орбита удалена от ядра. При переходе элек-
трона с более удаленной орбиты на более близкую
в атоме освобождается энергия, которая и излучается
в виде фотона характеристического излучения.
1 Такай способ повышения отдачи рентгеновских лучей широкого
распространения не получил. Рентгеновские трубки с управляющей
сеткой применяются в настоящее время в первую очередь для
безынерционного замыкания и размыкания анодной цепи (например,
при скоростной киносъемке).
21
Определенной паре орбит соответствует фотон с опре-
деленной энергией и, следовательно, определенная дли-
на волны излучения и определенная спектральная линия
в характеристическом спектре. Так как строение элек-
тронной оболочки атома меняется от одного химическо-
го элемента к другому, то каждый химический элемент
имеет свой характеристический спектр.
Из сказанного следует, что для возбуждения , серии
линий в характеристическом спектре определенного
химического элемента необходимо движущимся от ка-
тода к аноду электронам сообщить кинетическую энер-
гию, достаточную для удаления электрона с этой орби-
ты за пределы атома. Другими 'Словами, необходимо,
чтобы анодное напряжение рентгеновской трубки было
не меньше определенной величины, называемой крити-
ческим напряжением этой серии. Если в формуле (1-5)
под <7а понимать критическое напряжение, то длины
волн соответствующей серии спектральных линий будут
несколько большими, чем длина волны, вычисленная по
этой формуле. Это объясняется тем, что формула (1-5)
в этом случае соответствует энергии, необходимой для
удаления электрона за пределы атома, разность же
энергий электрона на разных орбитах внутри атома
меньше этой энергии. В табл. 1-1 указаны для некото-
рых химических элементов критические напряжения для
серий, соответствующих переходам электронов в группы
К и L, наиболее близкие к ядру.
Таблица 1-1
Критические напряжения для серий К и L некоторых
химических элементов
Элемент Атомны помер Критическое напряже- ние, кВ
Серия К Серия L
Свинец РЬ 82 87,6 15,8
Золото Au 79 80,5 14,4
Платина Pt 78 78,1 13,9
Вольфрам W 74 69,3 12,1
Серебро Ag 47 25,5 3,8
Молибден Мо 42 20,0 2,9
Медь Си 29 8,2 —
Никель Ni 28 8,3 —
Железо Fe 26 7,1 —
Хром Сг 24 6,0 —
22
Зависимость интенсивности характеристического из-
лучения от анодного напряжения и анодного тока опре-
деляется формулой
J — £Лф)п, (1-13)
где /г — 1,5н-2. Эта формула верна для напряжений, пре-
вышающих критическое не более чем в 3—4 раза; при
дальнейшем повышении напряжения рост интенсивно-
сти замедляется.
При пульсирующем или переменном анодном напря-
жении рентгеновская трубка генерирует характеристи-
ческое излучение какой-либо определенной серии спек-
тральных линий лишь в те части периода, когда анодное
напряжение равно или выше критического. Формула
(1-13) определяет в этом случае мгновенное значение
интенсивности в эти моменты времени. Средняя за пе-
риод интенсивность возрастает с увеличением макси-
мума напряжения и среднего значения тока.
1-2. ОСЛАБЛЕНИЕ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ ВЕЩЕСТВОМ
Все вещества в той или иной степени пропускают
рентгеновские лучи. При прохождении рентгеновских
лучей через какую-либо среду они ослабляются вслед-
ствие поглощения и рассеяния их этой средой. Интен-
сивность однородного (т. е. определенной длины волны)
пучка рентгеновских лучей при прохождении через
ослабляющую среду уменьшается по экспоненциально-
му закону
J = Jae-*x, (1-14)
где /о — интенсивность падающего излучения; J — интен-
сивность прошедшего излучения; х — толщина ослаб-
ляющего слоя; ц— коэффициент ослабления для данной
среды, характеризующий ослабление на единице длины
пути.
Ослабление энергии излучения происходит по двум
причинам: из-за поглощения и рассеяния. Под поглоще-
нием подразумевается преобразование энергии рентге-
новских лучей в другой вид энергии, под рассеянием —
изменение направления распространения лучей. В соот-
ветствии с этим различают коэффициент поглощения т
и коэффициент рассеяния о. Строго говоря, коэффициен-
том т наряду с поглощением учитывается также отчасти
23
и рассеяние (поглощение же учитывается неполностью),
а коэффициентом о наряду с рассеянием (за исключе-
нием рассеяния, учитываемого коэффициентом т) учиты-
вается отчасти и поглощение.
Кроме того, специфические виды поглощения и рас-
сеяния, возникающие при напряжениях свыше 1 000 кВ,
учитываются отдельным коэффициентом л. В итоге ли-
нейный коэффициент ослабления может быть .в общем
виде представлен как сумма трех коэффициентов:
|1 = т+|0 + л. (1-15)
Ослабление рентгеновских лучей веществом есть
свойство атомов вещества и, следовательно, не зависит
от его физического или химического состояния. Линей-
ный коэффициент ослабления прямо пропорционален
плотности вещества р, поэтому обычно оперируют мас-
совым коэффициентом ослабления
Р» _ * ।__о__।_
Р Р Р ' Р
Коэффициент т учитывает образование в поглощаю-
щей среде фотоэлектронов под действием фотонов. При
взаимодействии фотона с электроном, находящимся на
одной из внутренних орбит, энергия фотона расходуется
на удаление электрона за пределы атома и сообщение
ему кинетической энергии Ак. Одновременно в итоге
перехода на освободившуюся орбиту одного из внешних
электронов излучается фотон характеристического излу-
чения (это характеристическое излучение обычно назы-
вается вторичным в отличие от первичного, возникаю-
щего на аноде трубки).
Коэффициент т по данным ряда исследователей мо-
жет быть представлен как
-y=aZm2.n, (1-17)
причем т~4, а п~3. Что касается коэффициента а, то
он: 1) различен для различных веществ и 2) не сохра-
няет неизменной величины, даже для определенного
вещества. По мере возрастания X коэффициент т увели-
чивается до тех пор, пока длина волны не станет равной
длине волны спектральной линии характеристического
излучения. Далее происходит так называемый скачок
4
поглощения и коэффициент а изменяет свою величину
в сторону уменьшения, после того как энергия фотона
становится уже недостаточной для удаления электрона
с данной орбиты. Такой ход поглощения показывает
возрастание вероятности взаимодействия фотона с атом-
ным электроном по мере увеличения X и приближения
к длине волны спектральной линии. Одновременно воз-
растает и доля излучения, расходуемого не на собст-
венно поглощение, а па рассеяние в виде вторичного
характеристического излучения. Таким образом, «истин-
ное поглощение» составляет лишь часть общего погло-
щения /гт, где k вблизи скачка поглощения со стороны
более коротких длин воли заметно меньше единицы.
Несмотря на наличие скачков поглощения, коэффициент
т в целом резко уменьшается с уменьшением длины вол-
ны, тем более что скачки поглощения имеют место лишь
в длинноволновой части спектра (для Z<30 при
Х> 10-8 см).
Рассеяние является результатом взаимодействия
фотонов с электронами, имеющими сравнительно малую
энергию связи (более чем в 10'1 раз меньше энергии
фотона), т. е. при взаимодействии с электронами внеш-
них оболочек и свободными электронами. При таком
взаимодействии фотон отдает часть своей энергии элек-
трону (эффект Комптона), что влечет за собой увеличе-
ние длины волны и изменение направления распростра-
нения. Коэффициент рассеяния о увеличивается с уве-
личением атомного номера и длины волны, однако
далеко не так резко, как т. Для л>0,3 • 10~8 см допу-
стимо считать, что в не зависит от длины волны. Коэф-
фициент рассеяния можно представить в виде суммы:
О = (5s + Or,
где Os — коэффициент «истинного рассеяния», а ог —
коэффициент, соответствующий той части энергии фото-
нов, которая превращается в кинетическую энергию
электронов отдачи: наряду с уменьшением общего коэф-
фициента о с уменьшением длины волны возрастает
роль ог.
При длинах волн, сравнимых с размерами атомов
(диаметр атома — порядка 10-8 см), наблюдается специ-
фический вид рассеяния — дифракция рентгеновских
лучей в кристаллах, обнаруживающая их волновую при-
роду.
25
В длинноволновой части спектра ослабление в основ-
ном определяется поглощением. По мерс уменьшения
длины волны роль поглощения уменьшается, а роль
рассеяния возрастает, и при достаточно малых длинах
волн можно считать, что ослабление целиком определя-
ется рассеянием. При этом главенствующая роль пере-
ходит от поглощения к рассеянию при тем большей
длине волны, чем меньше Z. Так, для воздуха (2Эфф = 7,7)
поглощение равно рассеянию (т = с>) при 2v~0,4- 10~8 см,
а для меди (Z = 29) — при № 10-9 см.
В целом с уменьшением длины волны коэффициент
ослабления ц уменьшается, что и обусловливает возра-
стание проникающей способности рентгеновских лучей.
Явления поглощения и рассеяния в описанном виде
полностью характеризуют ослабление рентгеновских лу-
чей при Х>1,2-10~10 см, что соответствует напряжению
на ренгтеновской трубке £Л<1 020 кВ. При дальнейшем
уменьшении длины волны
(увеличении напряже-
ния) возникает новое яв-
ление, получившее назва-
ние «образования пар».
Энергия фотона -становит-
ся достаточной для прев-
ращения фотона под
влиянием атомного ядра
в пару, состоящую из
электрона и позитрона.
Коэффициент образова-
ния нар л возрастает с
увеличением атомного но-
мера и (в противополож-
ность коэффициентам т и
о) с уменьшением длины
волны. На рис. 1-6 пред-
ставлено изменение коэф-
алюминия, меди и свинца
Рис. 1-6. Зависимость коэффи-
циентов ослабления ц от энергии
фотонов.
фициентов ослабления ц для
в очень широком интервале.
Все сказанное выше об ослаблении рентгеновского
излучения относилось к столь узкому пучку лучей, что
можно было не считаться с наличием в пучке вторичного
(рассеянного) излучения, поскольку это последнее (вви-
ду изменения направления) сразу же выходило за пре-
делы пучка. При более широких пучках, с которыми
26
обычно приходится иметь дело па практике, излучениё
ослабляется меньше, так как к ослабляющемуся первич-
ному пучку добавляется та часть вторичного (рассеян-
ного) излучения, которая по направлению близка
к первичному пучку. Это явление сказывается тем силь-
нее, чем меньше длина волны первичного излучения и
чем толще ослабляющий слой.
На практике ослабление рентгеновских лучей часто
оценивают слоем половинного ослабления, под которым
подразумевают толщину слоя данного вещества, кото-
рая ослабляет интенсивность рентгеновских лучей
в 2 раза:
т__
Jd— 2 *
Так как
JX = J^X ,
ТО
In -ф-=рлг,
J X
или согласно определению слоя половинного ослабле-
ния
In 2=ipd,
откуда
d = (1-18)
В табл. 1-2 даны значения слоя половинного ослаб-
ления для алюминия, меди и свинца в зависимости от
длины волны для узкого пучка лучей.
Таблица 1-2
Толщина слоя половинного ослабления
(для однородного излучения)
\ нм Слой половинного ослабления, мм
А1 Си | РЬ
0,001 45 15 9,0
0,002 36 10 5,0
0,005 23 6,1 0,61
0,010 15,6 2,35 0,18
0,015 13,0 1,1 0,27
0,020 9,7 0,53 0,14
0,025 7,0 0,29 0,075
27
В спектре торможения имеются лучи с разными дли-
нами волн, которые ослабляются неодинаково: чем
меньше длина волны, тем меньше и ослабление. Таким
образом, по мере проникновения в ослабляющую среду
спектральный состав такого излучения изменяется. Про-
исходит фильтрация излучения, при которой лучи стано-
вятся более однородными (а тем самым и более жест-
кими) , интенсивность
же их, естественно, па-
дает (рис. 1-7). Для
качественной оценки
спектра торможения
(непрерывного спек-
тра) необходимо, сле-
довательно, знать ма-
териал и толщину филь-
Рис. 1-7. Фильтрация узкого пучка
рентгеновских лучей алюминием.
тров, через которые
предварительно прохо-
дит излучение; в част-
ности, важно знать
фильтрацию излучения оболочкой рентгеновской трубки
и выходным окном защитного кожуха, если трубка рас-
полагается в кожухе.
Для данного непрерывного спектра всегда можно
подобрать такое однородное излучение, которое в дан-
ном слое претерпевает такое же ослабление, как и дан-
ный спектр. Длину волны такого эквивалентного одно-
родного излучения называют эффективной длиной волны
непрерывного спектра ХЭфф, а коэффициент ослабления,
отвечающий этой длине волны, — эффективным коэффи-
циентом ослабления Цэфф, причем
ОО 00
\шн ^МИН
Эффективная длина волны зависит от величины и
формы кривой напряжения и материала и толщины
фильтров (а также от формы кривой анодного тока).
В качестве примера укажем, что при той степени филь-
трации, которая характерна для облучения биологиче-
ских объектов, в самом первом приближении можно
считать, что %эфф~2А,мин-
На практике ослабление непрерывного спектра и его
спектральный состав оценивают по слою половинного
28
ослабления, который определяют дозиметрическим пу-
тем. Зная слой половинного ослабления, можно, поль-
зуясь формулой (1-18), найти эффективный коэффи-
циент ослабления:
_ 0,693 „
Р'эфф б/ •
Одно значение d (или щ.фф) не определяет еще ка-
чества излучения. Действительно, одному и тому же
значению d (или Цэфф) могут отвечать совершенно раз-
личные спектральные составы — сильно фильтрованное
излучение при относительно невысоком анодном напря-
жении и слабо фильтрованное, но при более высоком
напряжении могут отвечать одинаковым значениям Х:)фф,
Цэфф и d, между тем как в первом случае спектральная
область будет во много раз уже, т. с. излучение будет
во много раз более однородным, чем во втором. Поэто-
му для однозначной характеристики неоднородного из-
лучения следует наряду с d или ц->фф указывать мате-
риал и толщину фильтра. Отсюда следует, что (если
пренебречь влиянием формы кривой анодного тока)
величина слоя половинного ослабления и фильтр одно-
значно определяют величину максимума напряжения
при заданной форме кривой напряжения. В. более об-
щем виде можно сказать, что из трех параметров:
1) максимальное напряжение при заданной форме кри-
вой; 2) материал и толщина фильтра н 3) слой поло-
винного ослабления в заданном веществе — два одно-
значно определяют качество излучения, а тем самым и
третий параметр. -
Фильтрация излучения специальными фильтрами
или объектом исследования повышает зависимость ин-
тенсивности лучей, прошедших через фильтр или объект,
от напряжения. Для фильтрованного излучения часто
принимают
/ = а'[/Да, (1-19)
считая, что, чем больше ослабление, тем выше п. Для
пульсирующего или переменного напряжения эта фор-
мула относится к мгновенным значениям. Средняя за
период интенсивность может быть выражена формулой
j (1-20)
29
ГДе у' — коэффициент, зависящий от форхм кривых анод-
ного напряжения и анодного тока и представляющий
собой правильную дробь. Величина а' во много раз
меньше а в формулах (1-9) и (1-10) и резко уменьша-
ется с увеличением п. Величина у' меньше у в формуле
(1-10), но изменяется сравнительно мало (§ 4-8).
Необходимо подчеркнуть, что формула (1-20) явля-
ется лишь математической аппроксимацией. Не исклю-
чено, что коэффициент п зависит от величины напряже-
ния, несколько уменьшаясь с его возрастанием. В таком
случае эта зависимость должна быть тем заметнее, чем
больше разница в напряжениях. Например, изменение
напряжения в 2 раза вызывает при п = 4-е-5 изменение
интенсивности в 15—30 раз (как бы резко изменяя ее
«масштаб») и при таком переходе можно ожидать за-
метного изменения п (и изменения кратности в соотно-
шении интенсивностей).
В то же время изменение пульсирующего напряже-
ния в пределах периода (при заданном «масштабе»
интенсивности излучения, определяемом максимумом
напряжения) должно слабо сказываться на величине п.
В подтверждение этому на рис. 1-8 в качестве примера
наряду с синусоидой на-
пряжения даны кривые sin5x
и sin6x, представляющие
изменение относительной
интенсивности излучения.
В зависимости от формы
кривой анодного тока труб-
ки эти кривые соответ-
ствуют п, равному 5 и 6
или 4 и 5. Как мы видим:
1) 75—80% энергии излуче-
ния приходится на ту часть
полупериода, когда напря-
жение изменяется от 1 до
)авнительно малой степени и
2) относительная разница в энергиях, соответствующих
этим кривым, невелика, даже если говорить о полупе-
риоде в целом.
Считается, что значения п — 4 4-6 соответствуют
ослаблению излучения объектом при рентгенодиагности-
ческих исследованиях. Отметим, что кривые J = f(/) не
только почти совпадают друг с другом на рис. 1-8,- но
30
Рис. 1-8. Изменение интенсив-
ности излучения за объектом
при синусоидальном напряже-
нии.
0,9 от максимума, т. е. в
к ним достаточно близка и кривая рис. 1-4 для нефиль-
трованного излучения.
При своем ослаблении рентгеновские лучи, передавая
энергию фотоэлектронам и электронам отдачи, воздей-
ствуют на ослабляющую среду. Практическое примене-
ние рентгеновских лучей основывается на использовании
этого воздействия.
1-3. СВЕТОВОЗБУЖДАЮЩЕЕ И ФОТОГРАФИЧЕСКОЕ
ДЕЙСТВИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ
Рентгеновские лучи вызывают видимое свечение не-
которых веществ; под действием рентгеновских лучей
в эмульсии фотопленки, так же как под действием види-
мых и ультрафиолетовых лучей, протекает фотохимиче-
ский процесс, в результате которого после проявления
происходит почернение пленки. Световозбуждающее и
фотографическое действия рентгеновских лучей нашли
широкое применение в первую очередь в рентгенодиаг-
ностике и рентгенодефектоскопии. Свечение под дейст-
вием рентгеновских лучей рентгеновского экрана позво-
ляет производить рентгеновское визуальное просвечива-
ние. На основе фотографического действия производятся
рентгеновские снимки.
При рентгеновских просвечиваниях и снимках исполь-
зуется различное поглощение рентгеновских лучей ве-
ществами с различными плотностями и различными
атомными номерами. В итоге па экране или пленке воз-
никает теневое рентгеновское изображение, причем те
части, которые больше ослабляют лучи, дают на экране
более темные, а на пленке, наоборот, более светлые
тени.
У современных рентгеновских экранов для просвечи-
вания в качестве флуоресцирующего вещества (свето-
состава или люминофора) служит смесь кристалличе-
ских сульфида цинка и сульфида кадмия (ZnCd)SAg
с некоторой примесью серебра в качестве активатора,
кристаллы которого, нарушая строгую периодичность
основной кристаллической решетки, служат центрами
возбуждения видимого света. Такие экраны светятся
зеленоватым светом, т. с. их свечение лежит в той обла-
сти видимого спектра, к которой наиболее чувствителен
человеческий глаз.
Основой или подложкой для рентгеновского экрана,
придающей ему механическую прочность, служит кар-
31
Рис. 1-9. Схематический
разрез рентгеновского экра-
на для визуального просве-
чивания.
/ — экранная пленка; 2 — реф-
лектирующий слой; 3 — картон-
ная подложка.
тон (рис. 1-9). Далее идет рефлектирующий слой, со-
стоящий из окиси магния (MgO) или углекислого маг-
ния (MgCO3) и обладающий высоким коэффициентом
отражения в данной области видимого спектра. Затем
располагается собственно экранная пленка, представ-
ляющая собой светосостав, связанный прозрачной клея-
щей органической массой. В таком виде экраны выпу-
скаются заводом-изготовите-
лем.
При практическом исполь-
зовании такого экрана он по-
мещается в специальную раму
(часто называемую экрано-
держателем) вместе со специ-
альным1 свинцовым стеклом,
назначение которого — погло-
щать рентеновские лучи, про-
ходящие сквозь экран, и тем
самым защищать от них пер-
сонал, ведущий визуальное
просвечивание. Объект иссле-
дования располагается между
источником излучения и экра-
ном.
Экраны характеризуются чувствительностью, разре-
шающей способностью и послесвечением. Чем выше
чувствительность, тем выше яркость свечения экрана.
При определенной чувствительности яркость свечения
можно считать пропорциональной интенсивности падаю-
щего рентгеновского излучения. Даже у самых чувстви-
тельных экранов яркость свечения относительно не-
велика.
Чем выше разрешающая способность, тем выше рез-
кость рентгеновского изображения. Разрешающая спо-
собность определяется с помощью специальных тест-
объектов (рис. 1-10). Тест-объекты представляют собой
растры сравнительно небольшой величины, в которых
щели чередуются с ребрами из материала, сильно погло-
щающего рентгеновские лучи (свинец,4 вольфрам). Раз-
решающая способность оценивается числом линий или
числом периодов на миллиметр (пер/мм), которое мож-
но различить при рассматривании тест-объекта на све-
тящемся экране; при этом под линией обычно понима-
ются как щель, так и ребро, под периодом же — звено,
32
состоящее из щели и ребра. Таким образом, число линий
па 1 мм в 2 раза больше числа периодов.
Чем меньше величина зерен флуоресцирующего ве-
щества и толщина его слоя,
способность, но и тем ниже
шающая способность экра-
нов для просвечивания име-
ет сравнительно малую ве-
личину 1 —1,5 пер/мм.
В экранах для просвечи-
вания следует стремиться
к ’возможно меньшему по-
слесвечению. Современные
экраны обеспечивают спад
свечения до 0,01 начальной
яркости через 0,1 с после
прекращения облучения, что
считается вполне достаточ-
ным [Л. 61].
тем выше разрешающая
чувствительность. Разре-
Рис. 1-10. Тсст-Объекты для определений разрешающей способности
рентгеновских экранов и пленок.
а —с неизменным числом периодов на миллиметр; б—с переменным числом
периодов на миллиметр.
Рентгеновская пленка подобна обычной фотопленке
и отличается от нее составом фоточувствителыюго слоя
и двусторонним поливом. Чувствительность рентгенов-
ской пленки характеризуется особыми единицами —
обратными рентгенами. Не останавливаясь на опреде-
3-1434 33
лении этой единицы, укажем, что чувствительность
современных отечественных пленок равна 300 — 500
обратных рентгенов. Разрешающая способность пленки
высока—15 пер/мм и более. Помимо указанных пара-
метров пленка характеризуется также контрастностью
(см. далее).
Фотографическое действие рентгеновских лучей мо-
жет быть значительно усилено световозбуждающим дей-
ствием рентгеновских усиливающих экранов, которые
вкладываются в кассету вместе с пленкой. Усиливающие
экраны используются главным образом в рентгенодиаг-
ностике. Они подобны экранам для просвечивания,
однако флуоресцирующем веществом здесь является
вольфрамат кальция (CaWO4), дающий фиолетовые и
ультрафиолетовые лучи, воздействующие на пленку на-
ряду с рентгеновскими лучами и усиливающие действие
последних в 10—20 раз.
Разрешающая способность усиливающих экранов
высока и достигает 5—7 пер/мм. Однако она ниже, чем
у пленки, а потому разрешающая способность системы
экран — пленка определяется разрешающей способ-
ностью экрана. Отсюда следует, что использование уси-
ливающих экранов, повышая чувствительность, снижает
резкость рентгеновского изображения. Как и в случае
экранов для просвечивания, разрешающая способность
тем выше, чем ниже чувствительность экрана; для уси-
ливающих экранов это свойство используется в широких
пределах.
Послесвечение не является здесь столь отрицатель-
ным явлением, как в случае экранов для просвечивания.
Высказывались даже предположения, что с возраста-
нием послесвечения общая светоотдача экрана повы-
шается, что должно приводить к уменьшению необходи-
мой энергии рентгеновского излучения. Произведенные
исследования [Л. 62] дали, однако, отрицательный ответ.
Материалом для рентгеновских кассет служит тон-
кий листовой алюминий. При использовании усиливаю-
щих экранов в кассету вкладываются обычно два экра-
на: передний и задний. Объект помещается между
источником излучения и кассетой, причем кассета для
получения большей резкости изображения должна
вплотную прилегать к объекту.
В рентгенодефектоскопии вместо усиливающих экра-
нов чаще применяют тонкие свинцовые фольги (толщи-
34
мой порядка 0,1 мм). Фотоэлектроны, выбиваемые из
фольги рентгеновскими фотонами, действуют па пленку
и усиливают изображение в 2—3 раза, не ухудшая за-
метно его резкости.
Техника обработки экспонированных рентгеновских
пленок в общем аналогична фототехнике при обычной
фотографии. Конечным результатом рентгенографиче-
ского процесса является обработанная и высушенная
пленка, т. с. рентгеновский негатив, в котором, как уже
указывалось, более светлыми будут те части пленки,
которые подвергались меньшему воздействию лучей.
Для рассматривания рентгеновских снимков применяет-
ся негатоскоп — ящик с матовым стеклом, освещаемым
изнутри источниками видимого света.
Остановимся вкратце на некоторых вопросах, свя-
занных с качеством рентгеновского изображения на
экране для просвечивания или на рентгенограмме
(рентгеновском снимке). Ограничимся случаями, когда
объект исследования неподвижен и будем оценивать
качество рентгеновского изображения размерами мел-
ких деталей, которые еще можно обнаружить на этом
изображении. Это качество зависит от яркости свече-
ния— экрана при просвечиваниях, матового стекла не-
гатэскэпа при снимках, резкости рентгеновского изобра-
жения и его контрастности.
Яркость свечения экрана зависит от напряжения на
грубке и ее анодного тока; яркость свечения негато-
скопа — от его освещенности и плотности почернения
пленки (см. далее). Резкость изображения определяется
при просвечиваниях разрешающей способностью экра-
на, при снимках разрешающей способностью системы
экран — пленка и в обоих случаях, кроме того, разме-
рами фокусного пятна трубки и фокусным расстоянием.
Понятием контрастности (контраста) пользуются
для сравнения яркости свечения двух участков рентге-
новского изображения, соответствующих, например,
двум смежным деталям. При просвечиваниях имеются
в виду, естественно, яркости свечения участков на экра-
не, при снимках — яркости свечения участков рентгено-
граммы при ее рассматривании на просвет на негато-
скопе. Обозначим отношение яркостей через Bi: В2, где
Bi — яркость одного участка и В2— яркость соседнего,
и примем Bi>B2. Указанное соотношение может быть
принято за меру контраста. Однако зрительное восприя-
•Г 35
тие подчиняется логарифмическому (или близкому)
закону. Это означает, что глаз воспринимает изменение
яркости не пропорционально самой яркости, а в значи-
тельно уменьшенной степени. Поэтому в качестве меры
контраста обычно берут или десятичный логарифм отно-
шения яркостей или другие, сравнительно близкие по
численным значениям, соотношения (табл. 1-3).
Таблица 1-3
Основные соотношения, используемые
в качестве меры контраста [Л. 52]
Si ва - lg Bj—в2 Bi Вг—В2 В1 + В2
100 2 0,99 0,98
ю* 1 0,9 0,82
2 0,3 0,5 0,333
1,2 0,08 0,166 0,091
1,05 0,022 0,048 0,025
Наименьший контраст, который человеческий глаз
различает еще достаточно надежно, равен (при исполь-
зовании логарифмического соотношения) 0,01. В то же
время для лучшей восприимчивости глаза нужно, чтобы
контраст (разность логарифмов яркостей) двух любых
(не обязательно смежных) участков изображения не
превышал 1 —1,2. Таким образом, физиологические осо-
бенности человеческого зрения ограничивают как наи-
меньший, так и наибольший допустимый контраст1.
Контраст изображения зависит от напряжения на
трубке, а именно — уменьшается с увеличением напря-
жения, поскольку при этом: а) уменьшается ослабление
пучка лучей всеми частями объекта и б) увеличивается
относительная доля рассеянного излучения.
. Рассеянное излучение снижает контраст изображе-
ния благодаря тому, что при просвечиваниях создает
дополнительное равномерное свечение экрана, при сним-
ках оно, равномерно воздействуя на пленку, приводит
1 В рентгенодиагностике для повышения контраста непосред-
ственно объекта исследования иногда применяются специальные
контрастные вещества, которые вводятся внутрь, например, при же-
лудочных исследованиях или при ангиокардиографии. В рентгепо-
дефсктоскоппи в случае объекта исследования, имеющего сильно раз-
личающиеся толщины (например, литье сложной формы), иногда
применяют, наоборот, наполнители, выравнивающие контраст.
36
к появлению вуали. Действие рассеянного излучения тем
сильнее, чем толще и плотнее объект исследования. Для
уменьшения рассеянного излучения следует прежде
всего ограничивать пучок первичных лучей действитель-
но необходимыми размерами, для чего используются
тубусы и диафрагмы (§ 2-3). В рентгенодиагностике для
уменьшения рассеянного излучения, воздействующего
на экран для просвечивания или
пленку, широкое применение по-
лучили рентгеновские отсеиваю-
щие решетки, неподвижные и по-
движные.
Главной частью рентгеновской
отсеивающей решетки является
растр, состоящих из тонких
(0,04—0,1 мм) полос свинцовой
фольги, перемежающихся про-
кладками из материала, незначи-
тельно ослабляющего рентгенов-
ское излучение. Отношение шири-
ны прокладок к толщине растра
берется в пределах от 1:5 до
1 : 15 при толщине растра в не-
сколько миллиметров. Обычно
свинцовые полосы ориентированы
по прямым, проходящим через
трубки (рис. 1-11); иногда растр
Решетка * \ \
/ / I \ \
Рис. 1-11. Схематиче-
ский разрез направлен-
ного растра рентгенов-
ской отсеивающей ре-
шетки.
фокус рентгеновской
выполняют ненаправ-
ленным, т. е. свинцовые полосы располагают параллель-
но друг другу.
Неподвижная решетка представляет собой просто
облицованный растр. Подвижная решетка содержит
в общем корпусе с растром механизм, приводящий растр
в движение.
Неподвижные решетки имеют топкий и частый, обыч-
но ненаправленный растр. Изображение такого растра
мало заметно па экране или пленке. В подвижных ре-
шетках растру для уничтожения его изображения сооб-
щается поступательное движение в направлении, пер-
пендикулярном свинцовым полосам.
Решетка помещается между объектом исследования
и экраном (при просвечиваниях) или кассетой (при
снимках). Рассеянные лучи имеют всевозможные на-
правления, а потому в значительной мере поглощаются
свинцом, в то время как прямой пучок, ввиду того
37
Что свинцовые полосы очень тонки, ослабляется незна-
чительно.
Рассеянное излучение, уменьшая в отсутствие ре-
шетки контраст изображения, в то же самое время
активно участвует в образовании этого изображения.
Другими словами, интенсивность излучения, падающего
на экран для просвечивания или пленку (при тех же
значениях напряжения па трубке U а.макс И МОЩНОСТИ,
воспринимаемой анодом трубки Ра), при использовании
решетки будет значительно меньше, чем в отсутствие
решетки1. Это заставляет для получения той же яркости
на экране для просвечивания увеличивать напряжение
па трубке или ток трубки. Для получения той же плот-
ности почернения- пленки при снимках можно также
увеличить выдержку.
Прошедшее сквозь объект излучение имеет пульса-
ции, величина которых зависит от формы кривой напря-
жения на трубке. При неизменной скорости растра мо-
жет возникать стробоскопический эффект: тени, перио-
дически возникающие от движущихся свинцовых полос,
налагаются друг на друга, и на пленке появляется
изображение растра, как и в случае неподвижной ре-
шетки. Для предотвращения стробоскопического эффек-
та растр должен перемещаться с изменяющейся ско-
ростью. В вибрационных решетках это достигается тем,
что растру придается колебательное движение. Такие
решетки применяются как при снимках, так и при про-
свечиваниях. При снимках достаточно сообщить растру
лишь пусковой импульс, согласованный по времени
с включением высокого напряжения, после чего колеба-
ния растра будут погасать. Обычно пружина, сообщаю-
щая растру колебательное движение, заранее напряже-
на притяжением электромагнита и импульс осуществля-
ется отключением последнего.
В решетках с «падающей» скоростью механизм при-
дает растру за очень короткое время и на очень корот-
ком участке пути большую скорость, которая затем
постепенно спадает на остальном пути (без возвратного
движения во время снимка). Включение высокого на-
пряжения должно быть согласовано с моментом
наибольшей скорости растра. Такие подвижные
1 В зависимости от отношения ширины прокладок к толщине
растра и величины облучаемого ноля (размеров кассеты) интенсив-
ность снижается в 2—6 раз [Л. 63].
38
решетки используются, естественно, только при сним-
ках.
Свинцовые фольги, применяемые в рептгеподефекто-
скопии для усиления действия рентгеновского излуче-
ния, одновременно в заметной степени уменьшают и
влияние рассеянных лучей: те лучи, которые сильно
отклоняются от направления первичного пучка, прони-
зывают большую толщину фольги и ослабляются
в большей степени.
Рентгеновское изображение на экране для просве-
чивания обладает, как правило, сравнительно малыми
яркостью и контрастностью. В то же время для снимков
имеется возможность изменять в широких пределах
яркость свечения па иегатоскопе, плотность почернения
пленки и контраст изображения. Эти обстоятельства
наряду с малой разрешающей способностью экранов
для просвечивания являются причиной тому, что обна-
руживаемость деталей (т. е. чувствительность метода)
при снимках значительно выше, чем при просвечива-
ниях
Для рассмотрения некоторых закономерностей, свой-
ственных рентгеновской пленке, обратимся к основным
понятиям из фотографии. Плотность почернения D опре-
деляется как десятичный логарифм отношения плотно-
сти потока падающего на негатив видимого света (при
рассматривании на просвет) к плотности потока света,
прошедшего через негатив:
D = lg^-=lgB0-lgB. (1-21)
В применении к рентгенограммам речь идет об их
рассматривании на иегатоскопе. Плотность почернения
какого-либо участка рентгеновской пленки зависит от
интенсивности J рентгеновского излучения, падавшего
на этот участок, и выдержки /, причем принимается, что
изменение в широких пределах интенсивности и вы-
держки при неизменной величине их произведения, на-
зываемого экспозицией Я, оставляет плотность почер-
нения также неизменной.
1 С целью повышения чувствительности визуального просвечива-
ния были разработаны усилители яркости рентгеновского изображе-
ния. Добавление к таким усилителям телевизионных устройств позво-
ляет получить новые возможности путем регулирования контрастно-
сти телевизионного изображения.
39
Разность двух плотностей почернения называется
интервалом плотностей
(1-22)
и может согласно сказанному ранее характеризовать
контраст изображения смежных деталей.
По аналогии с интервалом плотностей можно гово-
рить об интервале логарифмов экспозиций:
Ig-^lg^-lg//,,
который при неизменной выдержке может быть прирав-
нен разности логарифмов интенсивностей рентгеновско-
го излучения
1g-у-= 1g Д-1g Л
J 2
и может характеризовать контраст излучения, обуслов-
ленный контрастом объекта (по не равен ему из-за
Рис. 1-12. Характеристи-
ческая кривая рентгенов-
ской пленки.
ОЛ — область недодержек;
А В — рабочая область; ВС—
область передержек; Л'В' —
широта пленки.
действия та пленку рассеянного
излучения) \
Характеристической кривой
называется зависимость плотно-
сти почернения пленки от лога-
рифма экспозиции: D=f(lg И).
Характеристическая кривая (рис.
1-12) состоит из трех участков:
области недодержек, рабочей об-
ласти и области передержек. Ра-
бочую область в первом прибли-
жении можно считать прямоли-
нейной и преобразующей кон-
траст излучения в контраст изо-
бражения без искажений. Две
остальные области криволинейны и вносят искажения
в передачу контраста. Рабочая область охватывает ин-
тервал плотностей почернения примерно в пределах 0,5—
1,5. Отношение
Y = iga
1g н. - 1g Н2 ’
1 На практике вместо экспозиции Н и интенсивности излуче-
ния J чаще имеют дело с экспозиционной дозой и мощностью экспо-
зиционной дозы (§ 1-4), которые при неизменной жесткости излуче-
ния соответственно пропорциональны Н и /,
40
относящееся к рабочей области, называется коэффи-
циентом контрастности и показывает во сколько раз
контраст излучения пропорционально усиливается плен-
кой. Для современной рентгеновской пленки у = 2,5-4-4.
Сказанное выше относилось к воздействию на
пленку лучей неизменной жесткости, т. е. с неизменным
распределением энергии по спектру. При повышении
жесткости излучения (повышении напряжения на труб-
ке) плотность почернения пленки при той же величине Н
сильно уменьшается. Как говорят, чувствительность
пленки имеет значительный «ход с жесткостью». Чув-
ствительность усиливающих экранов с повышением
жесткости, наоборот, увеличивается, т. е. имеет ход
с жесткостью обратного знака, как правило, перекры-
вающий снижение чувствительности пленки.
Согласно формуле (1-20) интенсивность излучения,
падающего на пленку за объектом исследования, зави-
сит от напряжения в столь сильной степени, что эта
зависимость во много раз сильнее хода с жесткостью.
Другими словами при неизменных значениях Ра и t
плотность почернения пленки с увеличением t/а.макс
всегда резко возрастает. Это позволяет для получения
неизменной плотности почернения сокращать Ра или t.
В то же время, как мы знаем, увеличение /7а.Макс ведет
к уменьшению контраста изображения. Поэтому пра-
вильный выбор напряжения на трубке имеет весьма
существенное значение.
Казалось бы, с точки зрения лучшей различаемости
деталей на снимке, следует работать па возможно более
низком напряжении, которое еще не слишком увеличи-
вает выдержку. Однако при чрезмерном понижении на-
пряжения интервал плотностей почернения снимка мо-
жет выйти за пределы рабочей области характеристиче-
ской кривой и исказить передачу контраста. Поэтому
напряжение должно быть тем выше, чем больше охват
объекта [Л. 63], характеризуемый наибольшим интерва-
лом плотностей на снимке. Увеличение у при заданном
охвате объекта позволяет повышать напряжение и по-
нижать выдержку. Таким образом, увеличение контраст-
ности пленки в какой-то мере равнозначно увеличению
ее чувствительности [Л. 64].
Подводя итоги рассмотренным рентгенографическим
вопросам, подчеркнем, что на пути передачи контраста
объекта лежат: 1) превращение контраста объекта
41
в контраст излучения, которое может нарушить пропор-
циональность контрастов из-за рассеяния и 2) превра-
щение контраста излучения в контраст изображения,
которое может нарушить пропорциональность контра-
стов из-за выхода плотности почернения из рабочей
области характеристической кривой. Последнее может
объясняться неправильным выбором условий облучения
пленки, а также ее неправильным проявлением Г
Помимо прямых рентгеновских снимков в рентгено-
диагностике нашел себе применение также метод фото-
снимков рентгеновского изображения с экрана для про-
свечивания, получивший название флуорографии. Флуо-
рографические снимки делаются в уменьшенном мас-
штабе, что дает существенную экономию пленки, однако
чувствительность метода ниже, чем при прямых рентге-
новских снимках. При флуорографии обычно исполь-
зуются специальная флуорографическая пленка.
Вместе с тем в практику начинают проникать новые
методы рентгенографии, в том числе фотопроцесс, из-
вестный под названием «поляроид» [Л. 70—73]. Этот
процесс отличается высокой чувствительностью и быст-
ротой обработки экспонированных снимков, однако он
в несколько раз дороже обычного фотопроцесса, что
препятствует его широкому распространению.
Другим методом, который уже длительное’ время
подвергается совершенствованию, является метод элект-
рорентгенографии [Л. 68—69], называемый также ксе-
рорадиографией. Сущность этого метода состоит в том,
что вместо рентгеновской пленки экспонированию под-
вергается электрически заряженный слой фотопроводяще-
го материала (аморфный селен на алюминиевой подлож-
ке). Равномерное распределение заряда в процессе
экспонирования меняется благодаря неодинаковой ин-
тенсивности излучения, падающего па различные точки
этого слоя. Такое скрытое электрическое изображение
можно проявить, посыпав пластинку мелким порошком,
имеющим заряд того же знака. Порошок прочнее при-
стает к тем местам, где заряд мал. После стряхивания
излишнего порошка полученное изображение закрепля-
1 Имеются электронные устройства, позволяющие копировать
рентгеновский снимок с изменением контраста всего 1изображения
или его части [Л. 65 и 66]. Подобное устройство под названием
«Элькоп» выпускается заводом «Карл Цейс, Иена» (ГДР); оно опи-
сано в [Л. 67].
42
ется нагреванием и оплавлением порошка. Изображение
получается позитивным. Основное преимущество этого
метода — быстрота обработки и низкая стоимость.
1-4. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ И КАЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА
РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Оценка рентгеновского излучения, генерируемого
рентгеновской трубкой, может производиться или кос-
венно— по анодному напряжению и анодному току
рентгеновской трубки, или непосредственно — путем из-
мерения самого рентгеновского излучения. Косвенной
оценкой можно ограничиться при просвечиваниях и
снимках (рентгенодиагностика и рептгеиодефектоско-
пия), когда рентгеновское изображение на экране или
пленке само позволяет судить о правильности выбора
условий облучения. Непосредственная оценка обязатель-
на в рентгенотерапии и в рептгеноструктурном и рептге-
иоспектральном анализах. Отметим, что и в этих случа-
ях для контроля работы необходимо знать анодное на-
пряжение и анодный ток трубки.
На практике непосредственную оценку рентгеновско-
го излучения производят измерением воздействия рент-
геновских лучей на какую-либо среду. Мы остановимся
здесь на методах, использующих ионизационное дейст-
вие рентгеновского излучения. При прохождении рент-
геновских лучей через газовую среду (например, через
атмосферный воздух) ионизация вызывается фотоэлект-
ронами и электронами отдачи, которые, обладая боль-
шими кинетическими энергиями, обусловливают образо-
вание вторичных, третичных и т. д. электронов. В каче-
стве примера укажем, что при поглощении фотона
с энергией 16 фДж (100 кэВ) в воздухе образуется при-
мерло 3 тыс. пар попов. Отрицательными ионами яв-
ляются электроны, так что будет образовано 3 тыс.
свободных электронов. Если ионизация, производимая
рентгеновскими лучами в газе, содержащемся в изме-
рительном устройстве, происходит при наличии электри-
ческого поля, то в цепи, содержащей газовый промежу-
ток, будет наблюдаться электрический ток. По характе-
ру работы различают: а) ионизационные камеры и б)
ионизационные (газоразрядные) счетчики частиц. Иони-
зационные камеры применяются для измерения суммар-
ного действия потока фотонов, обладающего сравни-
43
тельно большой интенсивностью. Счетчики частиц пред-
ставляют собой приборы, регистрирующие отдельные
частицы, и позволяют измерять параметры излучения
малой интенсивности.
Ионизационные камеры работают в так называемом
режиме насыщения, когда ионизационный ток не зави-
сит от напряжения, приложенного к электродам камеры.
Эта независимость объясняется тем, что, с одной сторо-
ны, напряжение достаточно велико, чтобы все ионы,
образующиеся в ионизационном объеме, отводились
к электродам, а с другой — напряжение еще мало, чтобы
началась ударная ионизация, обусловливаемая движе-
нием ионов под действием электрического поля. Работа
ионизационной камеры в режиме насыщения отличает-
ся высокой стабильностью.
В ионизационной камере поглощается лишь неболь-
шая доля падающего излучения, остальное излучение
проходит насквозь. Между тем понятие интенсивности
излучения имеет в виду все падающее излучение. При
измерении поглощенной доли естественно иметь дело
с количеством энергии, поглощенной единицей массы.
Такая физическая величина носит название дозы излу-
чения D. Производная дозы излучения по времени
dt
называется мощностью дозы излучения. Понятия дозы
излучения и мощности дозы излучения применимы
к любой среде, не только газовой. Единицей дозы излу-
чения является Дж/кг, а мощности дозы излучения —
Вт/кг. В лучевой терапии применяется также единица
дозы «рад», равная 0,01 Дж/кг.
Установим связь между мощностью дозы излучения
и интенсивностью излучения. Как мы видели, коэффи-
циенты г и (Т не характеризуют в отдельности истинно-
го поглощения и истинного рассеяния. Поэтому наряду
с разделением коэффициента ц на коэффициенты т и ст
целесообразно разделить его на коэффициенты, отра-
жающие истинное поглощение (коэффициент у) и истин-
ное рассеяние (коэффициент £), назвав первый коэффи-
циентом электронного преобразования, а второй — коэф-
фициентом лучистого преобразования:
ц=т+'сг=у +£.
I
44
Здесь
X = kx+ (УГ.
Можно показать, что если доля поглощаемой энергии
невелика по сравнению со всей падающей энергией, то
Р = у/,
где J — интенсивность падающего излучения. Таким
образом, пропорциональность между мощностью дозы
излучения и интенсивностью излучения сохраняется до
тех пор, пока остается неизменным коэффициент у, за-
висящий от спектрального состава падающего излуче-
ния. С уменьшением длины волны лучи ослабляются
меньше и коэффициент у уменьшается. Поэтому с уве-
личением напряжения на трубке мощность дозы возра-
стает меньше, чем интенсивность; изменение анодного
тока трубки (при неизменном напряжении) вызывает
пропорциональное изменение как интенсивности, так и
мощности дозы.
Рассмотрим теперь связь между мощностью дозы и
ионизационным током. Примем, что ионизационный
объем V пронизывается рентгеновскими лучами равно-
мерно. Тогда при режиме насыщения
Здесь е — заряд электрона и z— число пар ионов,
образуемых в единицу времени в единице объема газа.
Обозначив средний расход поглощенной энергии излу-
чения на каждую пару ионов через 8, получаем:
1 е р
V е ’
соответственно для любого промежутка времени -
JL = JLD
V е
Можно считать, что средний расход энергии па обра-
зование пары ионов не зависит от энергии первичных
электронов (по крайней мере в области энергий 2—2Х
Х102 фДж, т. е. примерно 10—103 кэВ), а тем самым и
от энергии падающих фотонов; для воздуха этот сред-
ний расход энергии составляет 5,5- 10 “3 фДж (34 эВ).
45
Таким образом, ток насыщения прямо пропорционален
мощности дозы излучения, а количество электричества,,
разделенное за какое-либо время в единице ионизаци-
онного объема, прямо пррпорционально дозе излучения
в этом объеме.
Благодаря указанному обстоятельству при радиаци-
онных измерениях широко используют ионизационный
эффект в воздухе, для чего введены понятия экспозици-
онной дозы излучения (т. е. дозы, поглощаемой возду-
хом) и мощности экспозиционной дозы излучения с еди-
ницами— Кл/кг и А/кг. По определению единица Кл/кг
представляет собой экспозиционную дозу рентгеновско-
го и гамма-излучений, при которой сопряженная кор-
пускулярная эмиссия на килограмм сухого атмосферно-
го воздуха производит в воздухе ионы, несущие заряд
в один кулон электричества каждого знака. Историче-
ски сложившейся единицей является «рентген» (Р), чис-
ленно равный 2,58 • 10~4 Кл/кг. Энергетический эквива-
лент рентгена составляет 0,88 • 10-2 Дж/кг.
Приборы, измеряющие экспозиционную дозу излуче-
ния (или мощность дозы), называются дозиметрами,,
а градуированные в рентгенах — рентгенометрами. Иони-
зационное действие или прямо измеряется посредством
чувствительного электрометра, или предварительно уси-
ливается при помощи электронного усилителя, после че-
го для измерения могут быть применены чувствитель-
ные электроизмерительные приборы обычного типа.
Если ионизационная камера построена так, что учи-
тывается лишь ионизационный эффект в воздухе, то по-
казания дозиметра не будут зависеть в широких преде-
лах от жесткости излучения. В практических дозимет-
рах обычно имеется такая зависимость, т. е. ход
с жесткостью, поскольку частично учитывается иониза-
ционный эффект других элементов камеры (например,
ее стенок). Практические дозиметры описываются
в [Л. 22].
На рис. 1-13 представлена зависимость мощности
экспозиционной дозы излучения от напряжения на труб-
ке при различной фильтрации [Л. 74]. Данные относят-
ся к центральному пучку лучей (в направлении наиболь-
шей интенсивности излучения). На рис. 1-14 дано отно-
шение мощностей дозы при различных напряжениях
(кривые построены по данным рис. 1-13). Здесь же при-
ведены значения показателя степени п в предположении,
46
Рис. 1-13. Ориентировочные значения мощ-
ности экспозиционной дозы на 1 мА для
постоянного напряжения при фокусном
расстоянии 1 м и различных фильтрах.
что мощность дозы находится в степенной зависимости
от напряжения [подобно интенсивности излучения в фор-
муле (1-20)]. Как мы видим, при одной и той же филь-
трации величина п значи-
тельно различается для
кривых 1 и 2.
Для одного и того же
рентгеновского излучения
значение дозы в ином, чем
воздух, веществе (с дру-
гими риг) при прочих
равных условиях б) дет,
очевидно, равно:
Y Р Ум
где ум = у/р и у'м=у7р'—
массовые коэффициенты
электронного преобразо-
вания соответственно в
воздухе и иной заданной
среде. Если поглощаю-
щее вещество по своему
Рис. 1-14. Отношение т мощности
экспозиционной дозы при напря-
жениях 100 и 50 кВ (/) и 200 и
100 кВ (2) в зависимости от тол-
щины медного фильтра.
47
эффективному атомному номеру мало отличается отвоз-
духа, то
у'м — Ym
и
р
Средний эффективный атомный номер тканей тел>*
близок к эффективному атомному номеру воздуха, так
что доза в ткани пропорциональна дозе в воздухе. Это
обстоятельство является, естественно, благоприятным
фактором для использования в рентгепо- и гамма-тера-
пии метода измерения излучения при помощи ионизаци-
онных камер с обычным атмосферным воздухом (§5-10).
Помимо количественной оценки рентгеновского излу-
чения, измерения дозы могут служить также и для его
качественной оценки, так как при их помощи производит-
ся также определение слоя половинного ослабления. Та-
ким образом, в рентгенотерапевтической практике дози-
метрия охватывает все необходимые радиационные из-
мерения.
Методы измерения излучения при помощи ионизаци-
онных камер находят себе применение также в рентге-
нодиагностике, в первую очередь в так называемых
реле экспозиции, автоматически отключающих высокое
напряжение после того, как пленка облучена до такой
степени, что после проявления достигается необходимая
плотность почернения (§ 5-6). Ионизационные камеры
используются также в устройствах, учитывающих ради-
ационную нагрузку пациента при просвечиваниях. Во-
просы, связанные с созданием таких устройств, рассмат-
риваются в [Л. 75—761.
В ионизационной камере число электронов, достига-
ющих электрода противоположного знака, равно числу
электронов, появляющихся в результате ионизации, про-
изводимой фотонами (коэффициент газового усиления
равен единице). В ионизационных (газоразрядных)
счетчиках частиц напряжение между электродами бе-
рется более высоким (а давление газа понижается).
Поэтому электроны, движущиеся к аноду счетчика, при-
обретают скорости, достаточные для ударной ионизации
атомов газа за счет энергии электрического поля. Это
приводит к резкому увеличению числа электронов (а
следовательно, и коэффициента газового усиления) и
позволяет, используя дальнейшее усиление электриче-
48
ских импульсов, регистрировать поглощение счетчиком
отдельных частиц.
Газоразрядные счетчики частиц разделяются па:
а) пропорциональные и б) счетчики с самостоятельным
разрядом. В первых коэффициент газового усиления
равен 103—104 и регистрируемые электрические импуль-
сы пропорциональны первичной ионизации. В счетчиках
с самостоятельным разрядом коэффициент газового
усиления во много раз выше. Импульсы ионизационного
тока нс зависят здесь от величины первичной иониза-
ции, и такой счетчик позволяет оценивать лишь число
фотонов, производящих ионизацию в единицу времени.
Эффективность счетчика у газоразрядных счетчиков низ-
ка— ионизацию производит примерно лишь 1% фото-
нов, падающих на счетчик. Предельная скорость счета,
обеспечиваемая счетчиком, 5-Ю3 импульс/с.
Помимо газоразрядных имеются счетчики частиц
других видов: сцинтилляционные, полупроводниковые,
кристаллические. Мы остановимся вкратце на сцинтил-
ляционных счетчиках, получивших наибольшее примене-
ние. Такой счетчик представляет собой сочетание лю-
минофора, в котором регистрируемые фотоны вызывают
световые вспышки (сцинтилляции), и фотоэлектронного
умножителя, преобразующего эти вспышки в электриче-
ские импульсы. В качестве люминофора чаще всего при-
меняются кристаллы йодистого натрия, активированные
таллием. Сцинтилляционные счетчики имеют значитель-
но более высокую эффективность (по отношению к рент-
геновскому излучению), чем газоразрядные, в них ре-
гистрируется до 20% падающих фотонов. Это обстоя-
тельство, а также высокая светоотдача люминофора и
сравнительно высокий коэффициент усиления фотоэлект-
ронного умножителя (по току)—порядка 106 — обеспе-
чивают высокую чувствительность счетчика. При соблю-
дении определенных условий и применении так называ-
емого амплитудного анализатора сцинтилляционный
счетчик позволяет не только вести счет частиц, но и ис-
следовать их распределение по энергиям. Предельная
скорость счета сцинтилляционного счетчика с указан-
ным люминофором равна 4-Ю6 импульс/с.
Счетчики частиц применяются в рентгенотехнике
в первую очередь для электрической регистрации интен-
сивности характеристического рентгеновского излучения
в аппаратуре для структурного и спектрального анали-
4—1434 49
зов (§ 1-6). Они используются также для исследований
тормозного рентгеновского излучения в других областях
применения рентгеновских лучен. В связи с этим следует
указать, что кривые распределения энергии рентгенов-
ского излучения по спектру при использовании счетчи-
ков частиц представляется целесообразным изображать
Частота. Гц Частота > Гц
а) б)
Рис. 1-15. Распределение энергии рентгеновского излучения по
спектру в зависимости от частоты излучения.
в согласии с рис. 1-15, а и б, заимствованном из [Л. 77].
Здесь по оси абсцисс отложена частота излучения (мож-
но откладывать пропорциональную частоте энергию фо-
тонов), а по оси ординат — число фотонов в секунду
или интенсивность излучения, соответствующие опреде-
ленной частоте. Исследования тормозного рентгеновско-
го излучения изложены в [Л. 78—80].
Счетчики частиц используются также для целей до-
зиметрии. В этом случае стремятся, чтобы они были или
воздухоэквивалентными для измерения экспозиционной
дозы излучения или тканеэквивалентными для непосред-
ственного измерения дозы излучения, поглощаемой тка-
нями человеческого тела.
1-5. ЗАЩИТА ОТ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ
Воздействие рентгеновских лучей (как и иных про-
никающих излучений) вредно для человеческого орга-
низма. Следует различать местное и общее поражение
организма рентгеновскими лучами. Местное поражение
50
приводит к рентгеновскому ожогу, общее — к расстрой-
ству нормальной деятельности организма (изменение
состава крови и т. п.). Тяжелое общее поражение орга-
низма проникающими излучениями носит название лу-
чевой болезни. При работе с рентгеновскими лучами
следует применять меры защиты, снижающие воздейст-
вие лучей на обслуживающий персонал до допустимой
нормы. Международные рекомендации, принятые в Со-
ветском Союзе как обязательные, указывают предельно
допустимую недельную экспозиционную дозу излучения
0,1 Р; для конечностей (кисти рук и ступни ног) эта до-
за в крайнем случае может быть повышена до 1,2 Р.
Эта основная норма определяет допустимые уровни экс-
позиционной дозы излучения на рабочих местах обслу-
живающего персонала (§ 7-4).
В рентгенодиагностике и рентгенотерапии наряду
с защитой обслуживающего персонала следует забо-
титься также и о защите пациентов, сводя воздействие
лучей к возможному минимуму. В рентгенодиагностике
это относится как ко всему организму пациента, так и
к исследуемым органам. В рентгенотерапии исключени-
ем является непосредственный объект облучения.
Защита от рентгеновских лучей включает в себя за-
щиту от первичного излучения и защиту от вторичных
(рассеянных) лучей.
Ослабления интенсивности рентгеновского излучения
можно достигнуть двумя способами: а) увеличением
расстояния между защищаемым объектом и фокусом
трубки (или рассеивающими предметами) и б) введени-
ем промежуточной ослабляющей среды. Ввиду сравни-
тельно малых расстояний, с которыми приходится иметь
дело в рентгеновских кабинетах и лабораториях, всегда
необходим (хотя бы частично) второй способ.
В ряду защитных мероприятий следует прежде все-
го указать защиту, осуществляемую в рентгеновском
излучателе. Такая защита имеет целью ослабить неис-
пользуемое первичное излучение и сузить основной пу-
чок первичных лучей, выходящий из излучателя. «Для
этого защитный кожух излучателя покрывается изнутри
в соответствующих местах сильно ослабляющим мате-
риалом (свинцом); частичная защита может осуществ-
ляться также конструктивными элементами самой труб-
ки. Более подробные сведения об уровнях защиты рент-
геновских излучателей приводятся в § 2-3.
4
51
Далее следует защита от суженного основного пуч-
ка первичных лучей и вторичного (рассеянного) излуче-
ния, даваемого объектом и другими предметами, кото-
рые могут встретиться
на пути как первич-
ных, так и вторичных
лучей. Эта защита осу-
ществляется: а) сте-
ной, отделяющей поме-
щение, в котором нахо-
дится рентгеновский
излучатель, от помеще-
ния, где располагается
обслуживающий пер-
сонал; при этом очень
часто требуется усиле-
ние защиты, которое
достигается покрытием
сильно ослабляющими
материалами; б) за-
щитными средствами
типа защитных ширм,
защитной спецодеждой
и т. п., если обслужи-
вающий персонал на-
ходится в том же
помещении, что и
рентгеновский излуча-
тель
ч
Рис. 1-16. Защитные слои свинца, тре-
буемые при различных напряжениях
па трубке.
Ослабление рентгеновских лучей защитным устройст-
вом зависит от жесткости лучей, материала защитного
слоя и его толщины. Весьма целесообразным материа-
лом является свинец (Z=82). На рис. 1-16, заимство-
ванном из [Л. 2], даны толщины свинца, обеспечива-
ющие необходимую защиту от прямого излучения при
различных напряжениях на трубке. По оси абсцисс
здесь отложена допускаемая на рабочем месте обслу-
живающего персонала мощность экспозиционной дозы
излучения, умноженная на квадрат расстояния до источ-
ника излучения и деленная на анодный ток трубки.
1 Мы не касаемся здесь защиты смежных с рентгеновским каби-
нетом или лабораторией помещений, в которых находятся лица, не
имеющие отношения к работе на рентгеновском аппарате.
52
Очень часто по разным соображениям возникает
вопрос о замене свинца каким-либо другим материалом.
В качестве заменителей свинца могут служить; строи-
тельные материалы как обычные (кирпич, бетон), так и
специальные (баритобетон) или металлы (сталь). За-
щитные свойства заменителей могут характеризоваться
эквивалентом по свинцу, представляющим собой такую
толщину материала, которая по защитному действию
эквивалентна заданной толщине свинцового слоя.
В табл. 1-4 даны эквиваленты по свинцу для некоторых
Таблица 1-4
Эквиваленты по свинцу для некоторых заменителей
Напря- жение, кВ Толщина свинца, мм Эквивалентная толщина : заменителя с плотностью
Сталь 7,9 Барито- бетон 3,2 Бетон 2,2 Кирпич 1,9
150 2,5 31 28 200 245
200 4,0 55 60 275 350
300 10 75 120 300 400
400 20 100 190 400 540
заменителей. Если требуемая толщина свинца несколько
отклоняется от указанной, то эквивалентную толщину
заменителя следует пропорционально изменить. Исполь-
зование заменителей тем целесообразнее, чем выше на-
пряжение.
1-6. ПРИМЕНЕНИЕ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ В МЕДИЦИНЕ
И ТЕХНИКЕ
а) Рентгенодиагностика. Рентгенодиагностика пред-
ставляет собой область медицины, производящую ис-
следование внутренних органов человека при помощи
рентгеновских лучей. Роль рентгенодиагностики в здраво-
охранении весьма велика. Достаточно упомянуть, что
рентгеновский метод является основным для определе-
ния туберкулеза легких. Весьма велико значение рент-
геновского метода при исследовании костной системы,
при диагностике желудочно-кишечного тракта. Рентге-
новский метод широко используется для распознавания
53
раковых заболеваний. Отметим важную роль рентгенов-
ского метода в диагностике заболеваний сердечно-со-
судистой системы.
Основными видами реитгенодиагиостических иссле-
дований являются: а) рентгеновское визуальное просве-
чивание, б) рентгеновские снимки, в) снимки с экрана
для просвечивания (флуорография) и г) рентгенокино-
съемка. Для получения большей резкости изображения
во всех случаях стремятся к уменьшению размеров
источника излучения — фокусного пятна рентгеновской
трубки.
Наиболее распространены два первых вида работы —
просвечивания и снимки. При просвечиваниях мощность,
воспринимаемая анодом трубки, невелика — не более
200—300 Вт при напряжении 60—100 кВ. При снимках
из-за стремления к сокращению выдержек трубка рабо-
тает со значительно большей мощностью порядка не-
скольких киловатт и даже десятков киловатт при вы-
держках от нескольких секунд до сотых долей секунды;
напряжение на трубке берется в пределах от 35—40 до
125—150 кВ. Поэтому основные трудности, возникающие
при проектировании и эксплуатации рентгенодиагности-
ческих аппаратов, связаны со снимками. Короткие вы-
держки при сравнительно большой мощности являются
основной особенностью этих аппаратов.
Требуемые для диагностики интенсивность излучения
и размеры источника излучения таковы, что не позволя-
ют даже при просвечиваниях использовать гамма-лучи
радиоизотопных источников взамен рентгеновских лучей.
Устройства для применения рентгеновских лучей
в целях рентгенодиагностики1 очень разнообразны и
в ряде случаев весьма сложны. Приведем характерные
примеры.
Поворотные столы-штативы предназначаются для
просвечиваний и снимков при горизонтальном, верти-
кальном и наклонном положениях пациента. Поворот
стола и другие перемещения осуществляются с помо-
щью электропривода. Поворотные столы-штативы осна-
1 Более ранний распространенный термин — «штативные устрой-
ства» или просто «штативы» (в частности, поворотный стол-штатив —
«универсал! пый штатив»). В данной книге используется новая терми-
нология в согласии с рекомендацией PC 2277-69 (Рентгеновские аппа-
раты. Термины).
54
Щаются экраноснимочными устройствами, позволяющи-
ми осуществлять в процессе просвечиваний так назы-
ваемые прицельные снимки: специальный механизм под-
водит под ограничиваемый пучок лучей последовательно
отдельные участки кассеты с пленкой, допуская произ-
вести подряд до четырех снимков; для большего числа
требуется смена кассет.
Более просты устройства, предназначаемые только
для снимков. Обычно это — штатив (напольный или по-
толочный), поддерживающий и перемещающий рентге-
новский излучатель, и стол, предназначаемый для раз-
мещения пациента. При снимках пациентов в вертикаль-
ном положении используется стенка для снимков.
Томографические столы-штативы — томографы слу-
жат для получения послойных рентгеновских снимков.
В томографах во время снимка должно осуществляться
перемещение рентгеновского излучателя и кассеты
с пленкой относительно пациента.
Устройства для ангиокардиографии (т. е. для иссле-
дований сердечно-сосудистой системы) включают в свой
состав помимо специальных штативов и столов так на-
зываемые серийные кассеты с электрическим управле-
нием, позволяющие осуществлять со сравнительно
большой частотой (несколько снимков в секунду) серии
рентгеновских снимков нормального размера.
. Использование усилителей яркости рентгеновского
изображения позволило ввести в рентгенодиагностиче-
скую практику рентгенокиносъемку и рентгенотелевиде-
ние. Это привело к дальнейшему совершенствованию и
усложнению рентгенодиагностических устройств, в том
числе к появлению телеуправляемых столов-штативов.
б) Рентгенотерапия. Рентгенотерапия представляет
собой один из видов лучевой терапии, которая является
областью медицины, использующей в лечебных целях
ионизирующие излучения в первую очередь для лечения
опухолей, в частности раковых. При рентгенотерапии
(как и при лучевой терапии вообще) действие лучей
стремятся локализовать на непосредственных объектах
облучения — патологических очагах. Различают следу-
ющие основные виды рентгенотерапии.
Поверхностная терапия. Облучению подвергаются
патологические очаги, находящиеся па поверхности или
непосредственно под поверхностью человеческого тела.
При этом используется сравнительно мягкое рентгенов-
55
ское излучение, генерируемое при напряжениях от 5—
10 до 50—100 кВ. Рентгеновские трубки, предназнача-
емые для поверхностной терапии, имеют мощность 0,5—
1 кВт. Кожно-фокусное расстояние, т. е. расстояние от
фокуса рентгеновской трубки до поверхности человече-
ского тела, не превышает 30 см. В настоящее время бо-
лее распространен термин «близкофокусная терапия».
Его можно считать равнозначным поверхностной тера-
пии, хотя иногда близкофокусную терапию ограничива-
ют напряжениями до 50—60 кВ и кожно-фокусным рас-
стоянием 7,5—10 см.
Внутриполостная терапия. Облучению подвергаются
очаги, расположенные так, что доступ к ним возможен
через естественные полости в человеческом теле. Рент-
геновские трубки, предназначаемые для внутриполос-
ной терапии, имеют конструкцию, позволяющую вводить
источник излучения в полость. Напряжение на трубке
50—100 кВ, мощность трубки 0,5—1 кВт. Внутриполост-
ную терапию можно считать частным случаем близко-
фокусной терапии, поскольку в ней применяются малые
расстояния между источником и непосредственным объ-
ектом облучения.
Глубокая терапия. Облучению подвергаются очаги,
находящиеся в глубине человеческого тела, причем об-
лучение ведется сквозь здоровые части тела, располо-
женные на пути лучей. Глубокая терапия является наи-
более важным видом лучевой терапии. При глубокой
рентгенотерапии обычно используется излучение, гене-
рируемое при напряжениях 200—300 кВ. Для получения
большей однородности излучение подвергается сильной
фильтрации. Применяется также излучение, генериру-
емое при более высоких напряжениях: 400—500 кВ и
даже 1000—2 000 кВ. Мощность рентгеновских трубок,
предназначаемых для глубокой терапии, достигает 3—
4 кВт. При глубокой терапии кожно-фокусное расстоя-
ние берется от 30 до 100 см.
Для получения ожидаемого рентгепотерапевтическо-
го эффекта необходимо, чтобы пациент получил предпи-
санную дозу рентгеновского излучения. При расчете
условий, обеспечивающих получение этой дозы, пользу-
ются таблицами глубинных доз, даваемых в процентах
экспозиционной дозы, измеренной в месте входа лучей
в объект в отсутствие объекта. Таблицы глубинных доз
составляются расчетным или экспериментальным путем
56
(с измерениями на фантомах) и учитывают? а) жест-
кость излучения, от которой зависит ослабление (в част-
ности— рассеяние) пучка лучей объектом, б) размер
облучаемого поля и в) кожно-фокусное расстояние.
При глубокой терапии существеннейшее значение при-
обретает проблема защиты от рентгеновского излучения
здоровых тканей, лежащих на пути пучка лучей. Чтобы
снизить дозу, получаемую этими тканями, применяется
многопольное облучение с разных направлений. Имеют-
ся методы подвижной терапии, при которых во время
облучения осуществляется относительное перемещение
источника и пациента. Другим существеннейшим во-
просом является точная центрация пучка лучей и его ло-
кализация в пределах непосредственного объекта облу-
чения (опухоли).
При всех видах рентгенотерапии (и лучевой терапии
вообще) не ставится требование максимального сокра-
щения размеров источника излучения. Поэтому тера-
певтические рентгеновские трубки имеют фокусные пяг-
иа значительно больших размеров, чем диагностические.
В состав устройства для применения рентгеновских
лучей в целях терапии входят: штатив, поддерживаю-
щий и перемещающий рентгеновский излучатель и стол
(или кресло) для размещения пациента. Конструк-
ции штативов и столов, в частности предназначаемых
для подвижного облучения, могут быть весьма слож-
ными.
Терапевтический эффект при глубокой терапии ста-
новится более благоприятным с увеличением жесткости
и однородности излучения. Это обстоятельство явилось
причиной того, что ведущая роль в глубокой терапии пе-
решла к гамма-излучению. При гамма-терапии вместо
термина «глубокая терапия» распространен термин
«дальнедистанционная терапия». В качестве радиоизо-
топного источника обычно используется радиоактивный
кобальт (Со-60) с периодом полураспада 5,3 г., дающий
излучение с двумя спектральными линиями с энергиями
1,87-102 и 2,15-102 фДж (1,17 и 1,34 МэВ). Поскольку
к источникам излучения, предназначаемым для лучевой
терапии, не предъявляется требования максимального
уменьшения размеров, можно использовать радиоизо-
топные источники с большой активностью, доходящей
до 2-1014с~1 (примерно 5 тыс. Ки). Мощность дозы, полу-
чаемая от такого источника, сравнима и даже больше,
57
чем мощность дозы, получаемая от терапевтической
рентгеновской трубки при напряжении 200—300 кВ.
Рентгеновское излучение, генерируемое при напряже-
ниях 1 000—2 000 кВ, по жесткости примерно соответст-
вует излучению радиоактивного кобальта, а по интен-
сивности может даже его превосходить. Однако
рентгеновские аппараты на столь высокие напряжения
сложнее и дороже гамма-аппаратов.
Наряду с дальнедистанционной гамма-терапией име-
ется также близкодистанциопная гамма-терапия, когда
облучению подвергается патологический очаг, находя-
щийся па сравнительно небольшой глубине и кожно-фо-
кусное расстояние не превышает 10—15 см. Здесь наря-
ду с радиоактивным кобальтом используется радиоак-
тивный цезий (Cs-137) с периодом полураспада 33 г.,
дающий излучение с энергией фотонов 1,06-102 фДж
(0,66 МэВ). Исследуются возможности использования
гамма-лучей для внутриполостпой терапии. В этом слу-
чае радиоизотопный источник может вводиться в по-
лость по гибкому шлангу.
Для глубокой терапии используется также сверхже-
сткое рентгеновское излучение, генерируемое ускорите-
лями заряженных частиц — бетатронами и линейными
ускорителями с энергиями порядка 103—104 фДж (5—
50 МэВ), и пучки самих заряженных частиц (электро-
нов), выводимых из вакуума в атмосферу через тонкие
вакуумно-плотные мембраны. Естественно, что ускори-
тели заряженных частиц еще сложнее и дороже, чем
рентгеновские аппараты на 1 000—2 000 кВ. Исследуются
возможности использования для целей лучевой терапии
потоков нейтронов.
в) Рентгенодефектоскопия. Рентгенодефектоскопия
представляет собой область применения рентгеновских
лучей, служащую для обнаруживания неоднородностей
и дефектов в различных материалах и изделиях -без
разрушения исследуемого объекта. Рентгенодефектоско-
пия широко применяется в промышленности, па строи-
тельных площадках, трубопроводных трассах, в первую
очередь для контроля литья и сварки. При рентгеноде-
фектоскопии преимущественным видом работы являются
рентгеновские снимки.
Для получения большей резкости рентгеновского
изображения в рентгеподефектоскопии, как и в рентге-
нодиагностике, стремятся к уменьшению размеров фс-
56
кусного пятна рентгеновской трубки. Мощность, потреб-
ляемая трубкой, не превышает 2—3 кВт. Выдержки
рентгеновских снимков составляют несколько минут
(обычно не более 10—15 мин).
В зависимости от материала и толщины исследуемо-
го изделия используются аппараты с различным поми-
нальным напряжением. При дефектоскопии изделий из
легких сплавов применяются напряжения 50—150 кВ;
при дефектоскопии стальных изделий толщиной до
50—60 мм — до 200 кВ. Дальнейшее увеличение толщи-
ны стали требует соответствующего повышения жестко-
сти лучей; так, при толщине стали 100—120 мм (или для
дефектоскопии изделий из тяжелых сплавов) применяет-
ся излучение, генерируемое при напряжениях до 400—
500 кВ. При дальнейшем увеличении толщины напря-
жение повышается до 1 000—2 000 кВ.
Чувствительность рентгенографического метода конт-
роля оценивается минимальным размером дефекта (по
ходу центрального пучка лучей), который можно обна-
ружить при данных условиях облучения. Этот размер
обычно выражается в процентах от толщины просвечи-
ваемого объекта:
Ad= d' 100%.
«О
Здесь do — толщина объекта и di — та же толщина,
уменьшенная на размер дефекта. Чувствительность ме-
тода зависит от многих факторов в том числе от жестко-
сти применяемого рентгеновского излучения и размеров
фокуса трубки.
Устройства для применения рентгеновских лучей
в дефектоскопии в основном сводятся к передвижным
штативам, поддерживающим излучатель и допускаю-
щим его перемещения в различных направлениях при
осуществлении рентгеновских снимков. Использование
усилителей яркости рентгеновского изображения позво-
ляет применять визуальное просвечивание и требует
специальных и более сложных рентгенодефектоскопиче-
ских устройств. Переход к конвейерному контролю изде-
лий приводит к дальнейшему усложнению этих уст-
ройств.
При равных размерах источника излучения интен-
сивность излучения, достигаемая с помощью рентгено-
дефектоскопической аппаратуры, значительно выше,
59
чем от радиоизотопных источников. Поэтому гамма-де
фектоскопическая аппаратура имеет меньшее примене-
ние, чем рентгеподефектоскопическая. Основное досто-
инство гамма-дефектоскопической аппаратуры заключа-
ется в меньших размерах действующего излучателя
(излучающей головки), куда радиоизотопный источник
может подаваться из основного контейнера по гибкому
шлангу; это позволяет манипулировать им в труднодо-
ступных местах сложных конструкций.
Для повышения интенсивности излучения идут на
увеличение активности источника, т. е. па увеличение
его размеров и на применение источников с излучением
большей жесткости, хотя и снижают этим во многих
случаях степень обнаруживаемое™ дефектов. Наиболее
распространенными радиоизотопными источниками, ис-
пользуемыми в дефектоскопии, являются радиоактив-
ный кобальт (Со-60) и радиоактивный иридий (1г-192).
Последний имеет период полураспада 2,5 мес. и дает
излучение сложного спектрального состава с усреднен-
ной энергией фотонов примерно 0,64 • 102 фДж
(0,4 МэВ).
При очень больших толщинах испытуемых изделий
используется излучение, генерируемое ускорителями за-
ряженных частиц с энергиями порядка (5—25) -102фДж
(3—15 МэВ). Ведутся исследования по использованию
для целей дефектоскопии нейтронных источников.
г) Рентгеноструктурный анализ. Рентгеноструктур-
ный анализ представляет собой область применения рент-
геновских лучей, служащую для исследования строения
кристаллических веществ. Как известно, в таких веще-
ствах атомы или группы атомов располагаются законо-
мерно, образуя пространственную решетку. Если рас-
стояние между соседними атомами пространственной ре-
шетки сравнимо с длинами воли падающих на кристалл
рентгеновских лучей, то имеет место особый вид рассея-
ния— дифракция рентгеновских лучей кристаллами.
Как показали Г. В. Вульф и Брэгги (см. введение), ди-
фракцию рентгеновских лучей кристаллами можно пред-
ставить как отражение этих лучей от плоскостей прост-
ранственной решетки кристалла.
Пусть на кристалл, построенный из ряда параллель-
ных атомных плоскостей (рис. 1-17), падает параллель-
ный пучок однородных рентгеновских лучей. Проходя
через первую из этих плоскостей, лучи частично отра-
60
жаются от нее по закону зеркального отражения. По-
добное же отражение происходит при прохождении
через вторую плоскость. Отраженные от обеих плоско-
стей лучи интерферируют
между собой. Амплитуды
отраженных волн скла-
дываются в тех случаях,
когда разность хода от-
раженных лучей будет
кратна длине волны. Раз-
ность хода равна:
Ы = ВС-АС.
Рис. 1-17. К выводу уравнения
Вульфа—Брэггов.
Из прямоугольных треугольников АВС и BCD сле-
дует:
d
sin 8
И
АС = ВС cos 26= - d а - cos 26,
sin б
откуда
Д/= —d fl (1 — cos 26) = 2d sin 6-
sin 6 ' 1
Лучи, отраженные от всех параллельных атомных
плоскостей, усиливают друг друга при разности хода,
равной целому числу длин волн:
2d sin Q = nk
Эта формула и носит имя Вульфа и Брэггов. Здесь
целое число п называется порядком отражения. Отраже-
ние будет наиболее сильным при п=1. С возрастанием
п количество отраженных лучей быстро уменьшается.
Отражающей может быть любая плоскость, проведен-
ная через атомы пространственной решетки. Отражение
будет тем сильнее, чем больше атомов содержит отра-
жающая плоскость. Формула позволяет, зная Л, нахо-
дить d (рептгеноструктурный анализ) и, наоборот, зная
d, находить Л (рентгеноснектральный анализ).
Исследование кристаллической структуры веществ
методами рентгеноструктурного анализа дает возмож-
ность определять взаимное расположение атомов и мо-
лекул в твердых телах. Тело определенного химическо-
61
го состава, например какой-либо сплав, в результате
механической или термической обработки может в силь-
ной степени изменить свои свойства, что обусловливает
либо изменение кристаллической структуры (фазовое
превращение), либо искажение этой структуры под дей-
ствием внешних сил или внутренних напряжений.
Нахождение связи между атомной структурой и свойства-
ми тела позволяет устанавливать контроль за технологи-
ческими процессами, влиять па них в желаемом направ-
лении и создавать более совершенные процессы.
Упомянем здесь о трех методах рсптгепоструктурпо-
го анализа, которые можно считать основополагающи-
ми. При методе Лауэ па неподвижный монокристалл
падает пучок рентгеновских лучей с непрерывным
спектром. Метод вращения монокристалла отличаете)!
от метода Лауэ тем, что кристалл вращается, а для
облучения используется характеристический спектр.
Метод Дебая — Шерера, наиболее распространенный
в практике, предназначается для исследования поликри-
сталлов с беспорядочной ориентацией отдельных кри-
Рис. 1-18. Основные методы рентгеноструктурного анализа.
« — метод Лауэ; б — метод вращающегося кристалла; « — метод Дебая--
Шерера; / — пучок первичных лучен; 2 — образец; 3— рассеянное излуче-
ние; 4 — рентгеновская пленка.
сталликов; при этом методе также используется харак-
теристический спектр.
На рис. 1-18 указанные методы представлены в очень
схематическом виде. Рассеянное излучение воздействует
здесь на рентгеновскую пленку. При первом методе на
пленке после проявления появляются отдельные пятна,
располагающиеся вокруг центрального пятна, являюще-
юся результатом воздействия первичного пучка лучей.
При втором методе на пленке, которая при облучении
62
располагается вокруг образца концентрически в виде
ленты, также появляются отдельные пятна. При третьем
методе на такой же пленке появляются отдельные ли-
нии, располагающиеся поперек ширины пленки. Анали-
зируя дифракционную картину, определяют строение ис-
следуемого вещества.
Когда используется непрерывный спектр, обычно
употребляются рентгеновские трубки с вольфрамовым
анодом. Критическое напряжение вольфрама велико
(69,3 кВ), что позволяет на такой трубке работать без
характеристического излучения линии К при относитель-
но высоких напряжениях. Когда используется характе-
ристический спектр, материал анода подбирают, исходя
из расстояния d между центрами пространственной ре-
шетки; чем больше отношение тем выше разрешаю-
щая способность системы. Исходя из сказанного, у реп 1-
геновских трубок, предназначаемых для структурного
анализа, зеркала анодов делают из разных металлов.
Чтобы получить более высокую интенсивность излучения,
рабочее напряжение берется в несколько раз выше крити-
ческого. Неиспользуемые лучи или поглощаются специ-
ально подбираемыми селективными фильтрами, или от-
сеиваются рентгеновскими монохроматорами.
Благодаря использованию характеристического излу-
чения с весьма различными длинами волн диапазон
напряжений, применяемых в рентгеноструктурном ана-
лизе, очень широк: от 15—20 до 60—70 кВ, а иногда и
выше. В рентгеновских трубках, предназначаемых для
структурного анализа, стремятся уменьшить величину
фокуса. Это объясняется тем, что при рентгенострук-
турном анализе пользуются узким диафрагмированным
пучком лучей и уменьшение площади фокуса увеличи-
вает интенсивность этого пучка. Некоторые виды струк-
турных исследований требуют трубок с очень малым
фокусом (микрофокусом). Мощности обычных трубок
для рентгеноструктурного анализа не превышают сотен
ватт, а трубок с микрофокусом — ватт или десятков
ватт. Из-за слабой интенсивности излучения, воздейст-
вующего на пленку, выдержки часто бывают очень ве-
лики, достигая нескольких часов.
В рентгеновских аппаратах для структурного анали-
за вместо рентгеновского штатива применяется опера-
тивный стол, на котором располагаются рентгеновский
излучатель и приборы, необходимые для регистрации
63
Рис. 1-19. Электрическая
регистрация интенсивно-
сти рентгеновского излу-
чения применительно
к методу Дебая—Ше-
рера.
излучения. Питающее устройство часто располагается
иод оперативным столом.
В настоящее время при рентгеноструктурном анализе
вместо фотографической регистрации дифракционной
картины широкое применение получила электрическая
регистрация с помощью счетчиков частиц. Аппараты,
предназначаемые для такой реги-
страции, получили название диф-
рактометров. Они позволяют
с высокой степенью точности ре-
гистрировать не только геомет-
рию, но и интенсивность дифрак-
ционной картины. На рис. 1-19
дается представление о такой ре-
гистрации применительно к мето-
ду Дебая — Шерера. Вокруг об-
разца по окружности перемеща-
ется счетчик частиц, определяю-
щий интенсивность рассеянного
излучения в функции угла отсче-
та. Сигналы, воспринимаемые
счетчиком, усиливаются и преоб-
разуются специальными элек-
тронными устройствами, после че-
го регистрируются, например, с
помощью самопишущего прибора.
Чувствительность такого спо-
соба гораздо выше, чем фото-
же «время этот способ значи-
тельно усложняет удорожает аппаратуру, так как тре-
бует сложных электронных устройств. Кроме того, по-
скольку здесь в отличие от фотографического метода
регистрация для различных углов производится разно-
временно, требуется постоянство интенсивности пучка
первичных лучей во времени. Это заставляет осущест-
влять с высокой степенью точности стабилизацию на-
пряжения на рентгеновской трубке и ее анодного тока
Благодаря внедрению дифрактометров роль рентге-
поструктурного анализа сильно возросла. Гамма-излуче-
ние не находит себе применения в структурном анализе.
В ограниченных масштабах используются явления ди-
фракции электронов и нейтронов.
д) Рентгеноспектральный анализ. Рентгеиоспектраль-
пый анализ является одним пз видов элементного анали-
ческого. В то
64
за сложных веществ. При рентгеноспектралыюм анализе
качественное и количественное определение элементов,
входящих в состав сложного вещества, производится
путем исследования рентгеновских характеристических
спектров с помощью рентгеновских спектрографов.
Принцип действия простейшего рентгеновского
спектрографа представлен на рис. 1-20. Пучок первич-
ных рентгеновских лучей попадает на грани кристалла,
медленно вращающегося вокруг
оси, перпендикулярной пучку пер-
вичных лучей и лежащей в пло-
скости, параллельной этим гра-
ням. От кристалла в каждый мо-
мент отражаются и воздействуют
на пленку лучи, удовлетворяю-
щие уравнению Вульфа—Брэггов.
Если снимается спектрограмма
характеристического спектра, то
па пленке появляются отдельные
характеристические линии. Спек-
трограф позволяет измерять дли-
ны волн этих линий, и, если изве-
Рис. 1-20. Принцип дей-
ствия рентгеновского
спектрографа.
стны рентгеновские спектры от-
дельных элементов, находить та-
ким образом составляющие в ис-
следуемом веществе. Если сни-
мается спектрограмма непрерывного спектра, то на плен-
ке появляется сплошное почернение; в этом случае спек-
трограф позволяет определить минимальную длину вол-
ны спектра. Определяя плотность почернения пленки (и
внося необходимые попра-вки), в обоих случаях можно
производить оценку интенсивности излучения различных
длин волн.
При эмиссионном методе рентгеноспектрального ана-
лиза исследуемое вещество помещают на анод рентге-
новской трубки и анализируют характеристическое излу-
чение, возникающее благодаря бомбардировке анода
электронами. При флуоресцентном методе образец ис-
следуемого вещества облучают пучком рентгеновских
лучей, возбуждающих в образце вторичное характери-
стическое излучение. При первом методе интенсивность
характеристических лучей значительно выше, однако
он менее удобен, а в некоторых случаях вообще непри-
меним.
5—1434
65
В настоящее время при рентгеноспектральном ана-
лизе, как и при рентгеноструктурном, вместо фотогра-
фической регистрации излучения широкое применение
получила электрическая регистрация, при которой лучи,
отраженные кристаллом, воздействуют на счетчик ча-
стиц. Такой способ, как уже указывалось, имеет гораздо
большую чувствительность. Это привело к преимущест-
венному использованию флуоресцентного метода.
При рентгеноспектральном анализе используются
напряжения па трубке до 70 кВ. Рентгеновские трубки
имеют здесь фокусные пятна больших размеров, чем
трубки для структурного анализа; мощность трубок до-
стигает 5 кВт. Здесь также требуется высокая степень
стабилизация анодного напряжения и анодного тока.
Рентгеновский излучатель и приборы для регистрации
излучения располагаются обычно на оперативном столе.
В последние годы стали развиваться упрощенные
флуоресцентные методы, когда исследуемое излучение
воздействует прямо на счетчик частиц без разложения
в спектр с помощью кристалла. Наряду с рентгеновски-
ми трубками здесь в качестве источников первичного из-
лучения применяются также радиоактивные изотопы.
В частности, используются радиоактивные железо
(Fe-55) и кадмий (Cd-109) с периодами полураспада
соответственно 2,7 и 1,5 г. В результате так называемого
К-захвата, самопроизвольно происходящего внутри ато-
мов радиоизотопного источника, возбуждаются: в желе-
зе характеристическое излучение Kai линии марганца
с энергией фотонов 0,95 фДж (5,9 кэВ) и в кадмии —
характеристическое излучение той же линии серебра с
энергией фотонов 3,5 фДж (22,2 кэВ), служащие пер-
вичным излучением, воздействующим на образец. Та-
кой метод элементного анализа вещества называется
радиоизотопным рентгенофлуоресцентным (или рентге-
норадиометрическим) методом.
В последние годы получает распространение также
нейтронно-активационный анализ, основанный на изме-
рении радиоактивности, наведенной в исследуемом об-
разце потоком нейтронов. Для получения нейтронов ис-
пользуются ядерные реакторы и специальные высоко-
вольтные нейтронные генераторы. В последних непо-
средственным источником нейтронов являются нейтрон-
ные трубки па напряжении 150—200 кВ. Исследуются
методы активационного анализа с использованием
66
сверхжесткого рентгеновского излучения и потока элект-
ронов от ускорителей заряженных частиц.
е) Облучение в технологических целях. Мощные пото-
ки ионизирующих излучений, проходя через некоторые
вещества, изменяют их структуру и способствуют осу-
ществлению химических реакций. Изучением этих
свойств занимается радиационная химия. Эксперимен-
тальные исследования, начатые 15—20 лет назад, приве-
ли в некоторых случаях к использованию ионизирующих
излучений в технологических целях в полупромышлен-
ных и промышленных масштабах. В качестве примеров
укажем на радиационные сульфохлорирование, облуче-
ние материалов из полиэтилена, радиационную вулкани-
зацию резиновых изделий.
С другой стороны, проводились исследования про-
цессов, которые могут быть названы радиационно-био-
логическими. Сюда относятся, в частности, предпосевное
облучение семян с целью повышения урожайности, ра-
диационная пастеризация пищевых продуктов, радиа-
ционная стерилизация медицинских изделий. Последняя
получает в последние годы применение в промышленных
масштабах и является одной из наиболее перспектив-
ных областей использования ионизирующих излучений
в технологических целях. Менее ясны перспективы ра-
диационной обработки пищевых продуктов, в первую
очередь из-за недостаточной изученности отдаленных
последствий потребления населением облученной пищи.
В некоторых странах (в частности, в скандинавских)
радиационное облучение пищевых продуктов, предна-
значаемых для продажи, до настоящего времени запре-
щено законом. В то же время в ФРГ и США радиаци-
онная пастеризация свежей рыбы с целью удлинения
сроков ее сохранности доведена до полупромышленных
и промышленных масштабов. В Советском Союзе по ра-
диационной обработке пищевых продуктов проводятся
широкие исследования.
При использовании ионизирующих излучений в тех-
нологических целях облучению подвергаются сравни-
тельно большие объемы или поверхности и ставится
требование равномерного поглощения энергии в объеме
или равномерного распределения интенсивности пада-
ющего излучения по поверхности. Это приводит к необ-
ходимости применения протяжных источников излуче-
ния в отличие от ранее рассмотренных областей, где,
5*
67
наоборот, необходимы источники малых размеров. По-
этому здесь прежде всего стали использовать гамма-из-
лучение радиоизотопных источников (в основном из ра-
диоактивного кобальта Со-60); группируя эти источники,
можно создавать протяженные излучатели, плоские или
цилиндрические. В настоящее время имеются гамма-ус-
тановки с источниками из радиоактивного кобальта
‘с общей активностью до 1016 с-1 (105—106 Ки)
Для радиационного воздействия па объекты малой
толщины вслед за гамма-лучами стали использоваться
мощные потоки электронов. Чем толще обрабатываемый
слой и больше плотность вещества, тем должна быть
выше энергия электронов. Для получения электронов
с энергиями порядка (0,8—1,5)-102 фДж (0,5—1,5 МэВ)
используются высоковольтные генераторы (мощностью
до 10 кВт) с ускорительными трубками с выпуском
электронов в атмосферу. Для получения электронов
с энергиями порядка (0,5-ь-1,5) • 103 фДж (3—10 МэВ)
применяются ускорители заряженных частиц.
Рентгеновское облучение в технологических целях
пока развито в меньших масштабах, однако не исклю-
чено, что эти масштабы значительно расширятся.
В настоящее время имеются экспериментальные аппа-
раты и установки на напряжения 150—200 кВ мощно-
стью до 500 кВт со специальными рентгеновскими излу-
чателями протяженного типа.
ГЛАВА ВТОРАЯ
РЕНТГЕНОВСКИЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ
2-1. РЕНТГЕНОВСКИЕ ТРУБКИ
Рентгеновский излучатель состоит из рентгеновской
трубки и защитного кожуха, в который встроена трубка.
Изолирующей средой в кожухе обычно является транс-
форматорное масло. Применяются также воздушная
изоляция и газовая изоляция под давлением. Конструк-
ция рентгеновского излучателя зависит, естественно, от
конструкции встраиваемой рентгеновской трубки.
1 Устройства для облучения в технологических целях уместно
называть установками, когда они включают в свой состав строитель-
ные сооружения, осуществляющие защиту от излучения, и транспор-
тирующие механизмы.
68
Рис. 2-1. Рентгенодиагностическая
трубка на 85 кВ для работы
в масле.
1 — катод; 2 — анод; 3 — радиатор.
Весьма распространенная конструкция рентгеновской
трубки изображена на рис. 2-1. Оболочка трубки пред-
ставляет собой запаянный стеклянный баллон. Электро-
ды расположены по осн трубки друг против друга и ук-
репляются в торцах баллона путем спая металла со
стеклом. Анод срезан под углом. Рентгеновские лучи
распространяются от фокуса во все стороны. В трубке
такой конструкции используется сравнительно узкий пу-
чок, осью которого явля-
ется так называемый цен-
тральный луч, исходящий
из центра фокуса под
прямым углом и оси труб-
ки. Подобные трубки
строятся на напряжения
50—400 кВ. Нижний пре-
дел определяется силь-
ным поглощением мягко-
го излучения стеклянной • оболочкой, верхний — труд-
ностью обеспечения достаточной электрической проч-
ности.
При практическом использовании рентгеновских лу-
чей в подавляющем большинстве случаев важно, чтобы
рентгеновская трубка имела небольшой, резко выражен-
ный фокус. Для получения такого фокуса приходится
прибегать к искусственной фокусировке потока электро-
нов, движущихся от катода к аноду. В рентгеновских
трубках обычно применяется электрическая фокусиров-
ка потока электронов. Нить катода помещается в спе-
циальное фокусирующее устройство, электрически сое-
диненное с нитью и создающее вокруг нее такую кон-
фигурацию электрического поля, при которой электроны,
выходящие из катода, движутся к аноду в виде относи-
тельно узкого (но все же расходящегося) электронного
пучка.
Форма фокуса зависит от формы фокусирующего
устройства. В настоящее время, как правило, применя-
ются трубки с круглым или прямоугольным («линей-
ным») фокусом (рис. 2-2). Как ясно из рис. 2-3, в труб-
ках с линейным фокусом величина «видимого» или, как
его называют, «оптического» фокуса значительно мень-
ше величины действительного фокуса.
Глубина посадки нити влияет не только на величину
фокуса, но, как показано на рис. 2-4, и па распределе-
69
цис электронов по его площади. Неравномерное распре-
деление электронов в фокусе невыгодно, так как оно
ухудшает оптические свойства фокуса.
Так как при торможении электронов их кинетиче-
ская энергия почти полностью превращается в тепло-
Рис. 2-2. Катоды рентгенов-
ских трубок.
а — для круглого фокуса; б —
для линейного фокуса.
Рис. 2-3. Разница между действитель-
ным и оптическим фокусами в труб-
ке с линейным фокусом.
вую фокусное пят.но
при' работе трубки на-
гревается до высокой
температуры. Поэтому
в тело анода обычно
впаивается пластинка из тугоплавкого металла, называ-
емая зеркалом анода. Фокус трубки располагается в се-
редине поверхности зеркала. Материалом для зеркала
служит обычно вольфрам, имеющий весьма высокую
температуру плавления (3 370°C) и высокий атомный
Рис. 2-4. Фокусирование электронов при различной глуби-
не посадки нити в фокусирующем устройстве.
номер (Z = 74), обеспечивающий относительно высокую
отдачу рентгеновских лучей Ч
Чтобы иметь возможность достаточно интенсивно ис-
пользовать трубку, следует позаботиться о достаточно
интенсивном отводе тепла от фокусного пятна. Для это-
го тело анода делают обычно медным и применяют раз-
1 В трубках для структурного и спектрального анализов зеркала
делаются и из иных металлов (§ 1-6).
70
личного рода охлаждающие устройства. Так, при радиа-
торном охлаждении (рис. 21) стержень анода делается
сплошным и снаружи трубки на этом стержне укрепля-
ется радиатор, облегчающий отдачу тепла окружающе-
му пространству. Охлаждение становится значительно
более интенсивным, если стержень анода сделать полым
и применить принудительную циркуляцию через эту по-
лость охлаждающей жидкости (масла или воды) при
помощи специального насоса. При водяном охлаждении
в случае заземления анода можно использовать водо-
провод.
В тех трубках, конструкция которых не предусматри-
вает специальных охлаждающих устройств, анод дела-
ется целиком из вольфрама. При работе трубки анод
раскаляется и отдает тепло путем лучеиспускания.
Часть электронов, достигающих анода рентгеновской
трубки, отражается от него и попадает на баллон труб-
ки, создавая па ней отрицательный поверхностный за-
ряд. Этот заряд оказывает существенное и в основном
вредное влияние на работу трубки. В частности, поверх-
ностный заряд создает неравномерное падение напря-
жения вдоль баллона трубки. Поэтому в некоторых
конструкциях рентгеновских трубок предусматриваются
меры, препятствующие попаданию электронов на бал-
лон.
Наиболее распространенная конструкция изображена
на рис. 2,5. На аноде укреплен специальный медный че-
4Z8
Рис. 2-5. Реитгеподефектоскопическая труб-
ка па 200 кВ с проточным масляным охлаж-
дением для работы в масле.
хол,♦улавливающий,,отраженные электроны. Для выхода
рентгеновских лучей в чехле предусматривается оконце,
в которое вставляется бериллиевая,' пластинка. Ввиду
малого атомного номера бериллия (Z = 4) эта пластинка
поглощает лучи лишь в незначительной степени. Одно-
временно чехол осуществляет частичную защиту от псис-
71
пользуемого рентгеновского излучения, позволяя умень-
шать слой свинца на защитном кожухе1 *.
Мы рассмотрим более подробно три вопроса: 1) ос-
лабление рентгеновского излучения стеклянным балло-
ном; 2) электрическую прочность трубки и 3) нагрев
анода.
Массовые коэффициенты ослабления для отечествен-
ных сортов стекол, используемых в качестве материала
для баллонов рентгеновских трубок, даны в табл. 2-1.
Как мы видим, они близки к коэффициенту для алюми-
ния.
Таблица 2-1
Значения массовых коэффициентов ослабления для некоторых
сортов стекла, бериллия и алюминия
Наименование материала Длина волны, 10"7 м
81 173 300 511 1 000
С-47-1 0,155 0,240 0,577 2,13 13,8
С-48-1 0,151 0,201 0,402 1,28 8,37
С-49-2 0,151 0,202 0,405 1,30 8,53
Бериллий 0,135 0,145 0,177 0,285 1,10
Алюминий 0,145 0,235 0,545 2,06 14,2
При оценке поглощения следует иметь в виду, что
полный коэффициент ослабления для стекла меньше
полного коэффициента для алюминия в отношении их
плотностей, т. е. приблизительно в 2,7 раза. Если при-
нять ориентировочно, что непрерывный спектр, генери-
руемый трубкой, ослабляется стеклом как однородное
излучение с длиной волны, равной
^макс — 1,5%мин,
(2-1)
то можно установить, что для стекла С-47-1 при толщи-
не 2—3 мм поглощается при напряжении 50 кВ пример-
но 20—25% излучения, при напряжении 25 кВ — более
60—70%. Поглощение в стеклах С-48-1 и С-49-2 не-
сколько меньше, однако также велико по сравнению
с бериллием. Поэтому трубки с выходом лучей сквозь
стекло почти не используются при напряжениях ниже
35—40 кВ. Основными составляющими стекол С-47-1 и
С-48-1 являются SiO2 и В20з, стекла С-49-2 — SiO2 и
Na2O.
1 Подобная конструкция впервые была применена в рентгенов-
ской трубке на напряжение 400 кВ [Л. 82].
72
Для обеспечения достаточной электрической прочно-
сти рентгеновской трубки необходимо: а) придать бал-
лону трубки нужные размеры и форму; б) придать не-
обходимые формы электродам трубки; в) обеспечить
достаточную степень вакуума в трубке.
Для предотвращения внешних поверхностных разря-
дов напряженность поля вдоль баллона трубки должна
быть не более 4—5 кВ,/см в воздухе и 8—10 кВ/см
в масле, причем имеется в виду максимальное (за пе-
риод) значение напряжения. Форма баллона должна
быть такой, чтобы не возникало внутренних разрядов
между баллоном и одним из электродов. У подавляю-
щего большинства трубок баллоны имеют расширенную
среднюю часть. Это целесообразно также и для умень-
шения нагрева стекла.
Сильные электрические поля, создаваемые в трубке
анодным напряжением, могут приводить к электроста-
тической (автоэлектронной) эмисси, представляющей со-
бой вырывание электронов из отрицательного электрода.
Вырывание будет иметь место при достаточно больших
значениях напряженности поля у поверхности электро-
да, причем в зависимости от состояния поверхности эти
значения оказываются весьма различными. Микроско-
пические выступы, а также загрязнения и окислы облег-
чают вырывание электронов. Практически опасной на-
пряженностью поля у поверхности отрицательного элек-
трода следует считать 100 кВ/см; при этом около мик-
роостриев напряженность поля будет увеличиваться до
стократных значений. Отрицательным электродом может
быть не только катод трубки: при работе на перемен-
ном напряжении отрицательными становятся оба элект-
рода.
При возникновении электростатической эмиссии име-
ют место большие плотности тока, так как электроны
вырываются из небольших острий. Как в месте выхода,
так и в месте попадания электронов происходит интен-
сивное выделение тепла на небольшом участке, что мо-
жет привести к выделению газов и усилению разряда,
разряд может лавинообразно нарастать и привести
к окончательному выходу трубки из строя.
Мерами борьбы против электростатической эмиссии
являются достаточное удаление электродов друг от друга
и придание электродам такой формы, которая способст-
вовала бы понижению напряженности поля у отрица-
73
тслыюго электрода. Большое значение имеет обработка
поверхности этого электрода. Удаление электродов яв-
ляется действенной мерой при расстояниях между ними
порядка диаметра электродов. Дальнейшее увеличение
расстояния мало изменяет напряженность поля около
электродов. Практически трудности борьбы с электро-
статической эмиссией резко возрастают при анодных на-
пряжениях свыше 200 кВ; это приводит к тому, что
трубки обычной конструкции строятся на напряжения до
400 кВ.
Для нормальной работы рентгеновской трубки необ-
ходим вакуум порядка 10~4 Па (10~6 мм рт. ст.). Для
поддержания такой степени вакуума все части трубки
должны быть настолько хорошо обезгажены, чтобы при
сильных и концентрированных нагревах деталей коли-
чество выделяющихся газов было незначительным. Вы-
сокая степень обезгаживания деталей приводит к тому,
что трубка с наличием некоторых незначительных остат-
ков газа в междуэлектродном пространстве быстро при-
обретает высокий вакуум («жестится» в работе), так
как хорошо обезгаженные детали обладают способно-
стью поглощать газ. С другой стороны, высокий вакуум
в трубке с плохо обезгаженными деталями ничего дать
не может: детали, нагреваясь при работе, будут наобо-
рот, выделять газ, вакуум будет снижаться и сможет
возникнуть разряд.
Необходимо отметить, что размещение рентгеновской
трубки в защитном кожухе утяжеляет условия ее работы:
заземленный защитный кожух изменяет конфигурацию
электрического поля между электродами и оболочкой
трубки, а также между оболочкой и окружающим труб-
ку пространством. Поэтому при разработке нового типа
рентгеновской трубки она обязательно должна быть тща-
тельно проверена в защитном кожухе, который для нее
предназначается.
Нагрев анода является основным фактором, ограни-
чивающим допускаемую мощность трубки ;(а тем самым
и интенсивность рентгеновского излучения). При дли-
тельной работе трубки <в отечественной практике для
различных систем охлаждения приняты следующие-усло-
вия (табл. 2-2).
Допускаемая длительная мощность трубки зависит
в первую очередь от интенсивности охлаждения анода.
Если охлаждение достаточно интенсивно, то существен-
74
Т аблица 2-2
Условия охлаждения рентгеновских трубок (ГОСТ 8490-66)
Споссб охлаждения
Естественное охлажде-
ние (лучеиспускание)
Естественное воздушное
охлаждение анодного ра-
диатора
Принудительное воз-
душное охлаждение анод-
ного радиатора
Естественное масляное
охлаждение аноднзго ра-
диатора
Принудительное масля-
ное охлаждение при по-
мощи циркуляционного
устройства
Принудительное водя-
ное охлаждение
Характеристика температурных режимов работы
Температура баллона трубки в наибо-
лее нагретой части — не более 170 °C
Температура окружающей среды — не
более 35 °C
Охлаждение должно обеспечивать при
продолжительной работе трубки темпера-
туру стержня у радиатора (между радиа-
тором и трубкой) не более 180 °C
Охлаждение должно обеспечивать при
продолжительной работе трубки темпера-
туру металлических частей трубки, сопри-
касающихся с маслом, не более 150 °C
Расход масла должен быть не менее
15 л/мин при температуре входящего в
анод трубки масла не выше 60 °C (если
иные специальные требования не огово-
рены в стандартах или технических усло-
виях на отдельные типы трубок)
Расход воды—не менее 5—6 л/мин при
температуре воды, входящей в анод труб-
ки, не выше 50 °C и не менее 3 л/мин
при температуре воды не выше 20 °C
(если иные специальные требования не
оговорены в стандартах или технических
условиях на отдельные типы трубок)
П р и м е ч а н и е. Одновэемсню п.)И дл ислыюп работе не должны превосхо-
дить допускаемых значений: температура меди под в эль Храмовым зеркалом 700—
800 °C п температура фокусного пятна 1 500—1 600 °C.
ную роль 'играет также величина фокусного пятна. На
рис. 2-6 даны в качестве примера допустимые удельные
нагрузки (мощность, приходящаяся па единицу площади
фокусного пятна) для круглого фокуса при интенсивном
проточном охлаждении, обеспечивающем температуру
300 °C в анодном сечении, отстоящем от фокуса на рас-
стоянии, равном диаметру анода: кривая построена по
данным, приведенным в [Л. 83] для медного анода диа-
метром 30 мм с вольфрамовым зеркалом толщиной 2 мм,
причем принималось, что предельно допустимые темпе-
ратуры меди 800°C и вольфрама 1 500°C. Как мы видим,
допустимые нагрузки сильно зависят от площади фокус-
ного пятна. Допускаемые нагрузки в отечественных рент-
геновских трубках обычно несколько ниже указанных.
75
Если допустимая длительная мощность трубки опре-
деляется величиной фокусного пятна, то переход от круг-
лого фокуса к линейному позволяет или сократить раз-
меры видимого фокуса при той же мощности, или увели-
чить мощность при тех же размерах видимого фокуса.
Поэтому трубки с линейным фокусом получили широкое
применение. В рентгенодефектоскопии (и рентгенодиаг-
Рис. 2-6. Допустимые дли-
тельные удельные нагрузки
для круглого фокуса.
ностике) распространены труб-
ки с двумя линейными фокуса-
ми— большим н малым. До-
пускаемая мощность трубки
для малого фокуса естественно
меньше, чем для большого,
однако малый фокус представ-
ляет собой источник излучения
меньших размеров.
Из-за относительно мед-
ленного распространения теп-
ла вдоль анода тепловой ре-
жим устанавливается не ера-
зу. Поэтому кратковременно
(несколько секунд и менее)
трубка может работать при
значительно большей мощно-
сти, чем длительно, причем ее предельно допусти-
мая кратковременная мощность зависит лишь от площади
фокусного пятна (и длительности включения) и не за-
висит от системы охлаждения анода. Это обстоятельство
оказывается чрезвычайно важным для рентгенодиагно-
стических трубок, так как позволяет сокращать выдерж-
ки и повышать качество снимков.
На рис. 2-7 даны допустимые секундные удельные на-
грузки для линейного фокуса в зависимости от его ши-
рины. Имеется в виду трубка с радиаторным охлажде-
нием, подобная изображенной на рис. 2-1, при работе
на выпрямленном пульсирующем напряжении. Длина
фокуса считается в 3 раза большей, чем ширина (угол
среза анода — 19°). Это дает в направлении централь-
ного пучка лучей (перпендикулярного потоку электро-
нов) видимый фокус квадратной формы со стороной, рав-
ной ширине фокуса. Кривая построена по данным, приве-
денным в [Л. 84], причем там принимается, что предельно
допустимая температура вольфрама равна 2 600°С, т. е.
значительно выше, чем при длительной работе, однако
76
одновременно (рекомендуется умножать указанные на-
грузки на коэффициент запаса 0,8.
Из рис. 2-7 можно сделать заключение, что при ши-
рине фокуса 2 мм допустимая секундная мощность труб-
ки равна примерно 3 кВт, а при ширине 4 мм— 10 кВт.
Допустимая длительная мощность не превышает 300 Вт
независимо от ширины фо-
куса, что объясняется малой
интенсивностью радиаторно-
го охлаждения.
Стремление к увеличению
кратковременной мощности
и сокращению выдержек при
снимках с сохранением ма-
лых размеров фокуса приве-
ло к развитию рентгенодиа-
Рис. 2-8. Рептгепо-
диагностическая труб-
ка на 125 кВ с вра-
щающимся анодом.
Рис. 2-7. Допустимые се-
кундные удельные на-
грузки для линейного
фокуса.
гностических трубок с вращающимся анодом. Такая
трубка представлена на рис. 2-8. Массивный вольфра-
мовый анод укреплен на оси, соединенной с медным ци-
линдром, вращающимся в подшипниках, находящихся
в вакууме. Медный цилиндр служит короткозамкнутым
ротором асинхронного двигателя, изолированный статор
которого (на рис. 2-8 не показанный) надевается снару-
жи на баллон трубки, охватывая ротор. Ток, протекаю-
щий через обмотку статора, создает вращающееся маг-
нитное поле, которое увлекает ротор и приводит, таким
образом, анод во вращение. Нить катода смещена отно-
сительно оси трубки, благодаря чему при вращении ано-
да фокус перемещается по его поверхности, оставаясь
в то же время неподвижным по отношению к баллону
77
Рис. 2-9. Зависимость допустимой
мощности Ра и допустимой энер-
гии Л от выдержки для рентгенодиаг-
ностической трубки 14-30-БД-10-150
в трехфазных выпрямительных схе-
мах.
/ — фокус 1X1 мм; 2 — фокус 2X2 мм.
трубки 'И окружающему пространству. Фокус трубки —
линейный, охлаждение анода—лучеиспусканием. Часто-
та вращения ротора при частоте 50 Гц составляет 2 600—
2 800 об/мин. Чтобы увеличить срок службы подшипни-
ков, разгон анода должен осуществляться непосредст-
венно перед включени-
ем высокого напряже-
ния. Время разгона
равняется 0,8—(1 с.
Применение враща-
ющегося анода позво-
ляет в 5—10 раз уве-
личить допустимую се-
кундную мощность
трубки по сравнению с
неподвижным анодом
при той же величине
фокуса. Трубки с вра-
щающимся анодом в
большинстве случаев
изготовляются двухфо-
кусными. Ширина боль-
шого фокуса не превы-
шает 2 мм, что дает
видимый фокус разме-
ром 2х>2 мм.
Зависимость от вы-
держки допустимой
МОЩНОСТИ Ра, которую
может воспринять анод,
называется нагрузоч-
ной характеристикой
рентгенодиагно с т и ч е-
ской трубки. Такие ха-
рактеристики для оте-
чественной двухфокусной трубки типа 14-30-БД-150
с вращающимся анодом представлены на рис. 2-9. На
рис. 2-9,а время дано в линейном, а на рис. 2-9,6 — в ло-
гарифмическом масштабе. Здесь же представлены зави-
симости от выдержки допустимой энергии А. Как мы ви-
дим, допустимая энергия с уменьшением выдержки по-
нижается; таким образом, для получения необходимой
плотности почернения пленки может оказаться необхо-
димым понизить мощность и увеличить выдержку.
78
Рис. 2-10. Трубка для рентгено-
структурного анализа на 150 кВ.
/ — анод: 2 — зеркало: 3— выходные
окна; 4 — катод; 5 — катодный ввод
высокого напряжения.
Рассмотренные рентгеновские трубки, несмотря на
ряд существенных различии (форма фокуса, число фоку-
сов, система охлаждения анода, анод — неподвижный
или вращающийся), объединены важнейшим призна-
ком — одинаковой конфигурацией «используемого пучка
рентгеновских лучей, вы-
ходящего за пределы
трубки сквозь стеклянный
баллон. Как •высоковольт-
ные приборы эти трубки
характерны тем, что они
предназначаются для пи-
тания симметричным (от-
носительно земли) высо-
ким напряжением, хотя
допускают при работе
в защитном кожухе соот-
ветствующей конструкции
заземление одного из
электродов, например
анода, если хотят упро-
стить систему его охлаж-
дения. Такие трубки стро-
ятся на напряжения 50—
400 кВ. Далее даются
примеры рентгеновских
трубок, отличающихся по
указанным признакам от
рассмотренных.
На рис. 2-10 изобра-
жена трубка для рентге-
ноструктурного анализа
на напряжение 150 кВ.
Массивный медный анод
заземлен и охлаждается проточной водой. Анод
имеет прямой срез, что позволяет использовать излуче-
ние, исходящее от зеркала в различных направлениях
под небольшими углами к плоскости среза. Фокус труб-
ки— линейный, его действительные размеры 0,4x8 мм.
Размеры фокуса, видимого под углом 3°, составляют
0,4X0,4 мм и в перпендикулярном направлении под уг-
лом 6°— 0,04X8 мм. Для выхода лучей имеются оконца
из вакуумно-непроницаемого бериллия. Трубка рассчита-
на на воздушную изоляцию.
79
Рис. 2-11. Трубка для
рсптгеноспектрального
анализа па 50 кВ.
1 — катод: 2 — анод; 3 —
фокусное кольцо; 4 — вы-
ходное оконце.
На рис. 2-11 представлена
трубка для рентгспоспектрально-
го (флуоресцентного) анализа на
напряжение 50 кВ. Она также
имеет заземляемый массивный
медный анод, который охлажда-
етя проточной водой. Электроны,
исходящие из нити накала, фоку-
сируются так, что движутся в на-
правлениях, перпендикулярных
оси трубки. В итоге фокус имеет
форму кольца шириной 6 мм на
внутренней поверхности анода,
которая «в этом месте покрывает-
ся тонким слоем того материала,
характеристическое излучение ко-
торого хотят использовать. Рент-
геновские лучи выходят из труб-
ки сравнительно широким пото-
ком (с осевой симметрией) через
бериллиевое оконце. Трубка рас-
считана на масляную изоляцию.
На рис. 2-12 изображена рент-
генодефектоскопическая трубка
на напряжение 160 кВ, дающая
кольцевой пучок лучей и •предна-
значаемая для так называемого «панорамного» просве-
чивания. Вольфрамовое зеркало анода имеет здесь ко-
ническую форму и рентгеновские лучи исходят в виде
’’’ Рис. 2-12. Рептгенодефектоскопическая трубка на 160 кВ для
«панорамного» просвечивания.
/ — катод; 2 — анод: 3 — вольфрамовое зеркало; 4 — бериллиевое коль-
цо; 5 — медный чехол; 6 — флянец для крепления; 7 — радиатор.
80
анодом, имею-
Рис. 2-13. Рентге-
нодефектоскопи-
ческая трубка на
150 кВ с вынос-
ным полым ано-
дом.
кольцевого пучка, проходящего сквозь стеклянный бал-
лон трубки по всей окружности. Трубка предназначена
для работы в масле и имеет радиагорное охлаждение.
Анод трубки может заземляться. Трубки для панорамно-
го просвечивания выпускаются также с
щим просто прямой срез.
Особым классом являются рентге-
новские трубки с выносным полым ано-
дом. Анод такой трубки представ-
ляет собой полую медную трубу, выхо-
дящую за пределы стеклянного балло-
на трубки. Фокус находится на запа-
янном конце трубы. Снаружи на мед-
ную трубу надевается тонкая латунная
оболочка; в промежутке между ними
циркулирует вода. Анод, естественно,
заземляется.
Трубки с выносным полым анодом
на напряжения до 60—100 кВ приме-
няются для внутриполостной рентгено-
терапии, поскольку такой анод позво-
ляет вводить источник излучения в по-
лости человеческого тела. Трубки на
напряжения 150—>200 кВ применяются
в рептгенодефектоскопии.
Такая трубка изображена на рис.
2-13. Стеклянный баллон трубки рас-
полагается в защитном кожухе
с. трансформаторным маслом. Длина
анода трубки может достигать 1 м и
больше. Расстояние между катодом и
фокусом при этом столь велико, что
электрическая фокусировка оказывается
и прибегают к дополнительной магнитной фокусировке.
Снаружи на трубку надевается специальная фокусирую-
щая катушка, ось которой совпадает с осью электронно-
го пучка. При прохождении через катушку электрическо-
го тока создается магнитное поле, суживающее
электронный пучок. Изменяя ток фокусирующей катуш-
ки, можно изменять степень фокусировки электронно-
го пучка.
В зависимости от конструкции конечной части полого
анода могут использоваться различные пучки лучей
(рис. 2-14). Если конечная часть представляет собой
недостаточной,
6—1434
81
сравнительно (массивное медное тело со впаянным воль-
фрамовым зеркалом, то пучок лучей может быть 'или
кольцевым (рис. 2-14,а), или иметь преимущественное
направление (рис. 2-14,6). Если конечная часть представ-
ляет (Собой тонкую медную стенку, то 'используется тор-
цовое излучение (рис. 2-14,6?). Для повышения интенсив-
ности излучения внутренняя поверхность запаянного кон-
•слоем золота (Z = 79).
Как уже указывалось, двух-
электродные рентгеновские
трубки изготовляются на на-
пряжения до 400 кВ. Основны-
ми препятствиями на пути со-
здания подобных трубок па
более высокие напряжения яв-
ляются: 1) электростатическая
(автоэлектронная) эмиссия,
обусловленная большой про-
тяженностью поля около элек-
тродов; 2) неравномерное рас-
пределение напряжения вдоль
'баллона трубки. Поэтому при
очень высоких напряжениях
применяются так называемые
секционированные (каскад-
ные) трубки, в которых .вырав-
нивание электрических полей
достигается применением про-
межуточных электродов с принудительно задаваемыми
потенциалами.
Защита от рентгеновских лучей является при очень
высоких напряжениях весьма серьезной задачей. Защиту
легче обеспечить, если источником излучения является
фокусное пятно, находящееся в глубине полого зазем-
ленного анода. Поэтому секционированные трубки обыч-
но делаются с полым анодом, хотя заземление анода и
осложняет изоляцию всего аппарата. Достоинством по-
лого анода является также и то, что он практически пол-
ностью улавливает отраженные электроны. Эскиз сек-
ционированной трубки изображен на рис. 2-15. Проме-
жуточные электроды, представляющие собой полые
цилиндры, укреплены на металлических кольцах, спаян-
ных со стеклом. Трубка предназначается для работы
в моноблоке с масляной изоляцией.
82
7
5
6
Рис. 2-15. Эскиз секционированной рентгеновской трубки с по-
лым анодом.
/ — катод; 2 — промежуточный электрод; <3 — полый анод; 4 — вольфрамо-
вое зеркало; 5 — водяная рубашка; о — свинцовый чехол; 7 — фокусирую-
щая катушка.
На рис. 2-16 изображены секционированные рентге-
новские трубки на напряжения 1 000 и 2 000 кВ. Эти
трубки предназначаются для работы в моноблоках с га-
зовой изоляцией под давлением.
Трубка на 1 000 кВ состоит из
12 секций, длина ее без полого
анода — 750 мм, диаметр — 90 мм.
Трубка на 2 000 кВ состоит из
24 секций; длина ее примерно
в 2 раза больше. Трубки имеют
магнитную фокусировку и управ-
ляющую сетку, позволяющую на
переменном напряжении рабо-
тать с отсечкой анодного тока,
что повышает отдачу рентгенов-
ских лучей. Моноблоки с секцио-
нированными рентгеновскими
трубками используются в рентге-
нотерапевтических и рентгеноде-
фектоскопических аппаратах.
Общие требования, предъяв-
ляемые к отечественным рентге-
новским трубкам, изложены
В ГОСТ 8490-66 «Трубки рентге- рис. 2-16. Рентгеновские
новские электронные. Общие тех- трубки на 1 000 и
нические требования». Здесь мы 2 000 кВ.
лишь разъясним условные обо-
значения трубок. Эти обозначения состоят из комбина-
ции цифр и букв. 'Первая цифра — предельно допустимая
мощность трубки в киловаттах, секундная — для диагно-
стических трубок и длительная — для остальных. Далее
идут буквы, из которых первая определяет защиту
от рентгеновских лучей, вторая — назначение трубки,
третья—систему охлаждения. Первая буква Р — обозна-
6*
83
чает трубку с защитой, Б — трубку для работы в защит-
ном кожухе (или моноблоке). Вторая буква Д — диагно-
стика, Т — терапия, П — дефектоскопия (просвечивание
материалов), С—структурный анализ, X — спектраль-
ный анализ. Третья буква К — воздушное радиаторное
охлаждение, М — масляное радиаторное «или проточное)
и В — водяное; отсутствие буквы означает охлаждение
лучеиспусканием. За буквами идет цифра, обозначающая
условный номер типа трубки в данной группе. Последняя
цифра дает предельно допустимое анодное напряжение
в киловольтах.
Так, например, 3-БДМ2-100 — диагностическая труб-
ка мощностью 3 кВт с масляным (радиаторным) охлаж-
дением на 100 кВ для работы в защитном кожухе;
условный номер типа — 2. Трубка 14-30-БД10-150 — двух-
фокусная диагностическая трубка мощностью 14 и
30 'кВт с охлаждением лучеиспусканием (с вращающим-
ся анодом) на 150 кВ для работы в защитном кожухе;
условный номер типа—10. Трубка 2,5-БПМ4-250 — де-
фектоскопическая трубка мощностью 2,5 кВт с масля-
ным (проточным) охлаждением на 250 кВ для работы
в защитном кожухе; условный номер типа — 4.
В обозначениях трубок для структурного анализа вме-
сто напряжения указывается материал зеркала анода.
Например: 0,4-БСВ6-Мо — трубка для структурного ана-
лиза мощностью 0,4 кВт с 'водяным охлаждением, с мо-
либденовым зеркалом; условный номер типа — 6.
2-2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
РЕНТГЕНОВСКИХ ТРУБОК
На рис. 2-17 представлены теоретические анодные ха-
рактеристики двухэлектродного электронного прибора,
дающие зависимость анодного тока от анодного напря-
жения при различных неизменных токах накала, т. е.
при неизменных температурах нити катода. Неизмен-
ность температуры нити катода означает, что и количест-
во электронов, выходящих в единицу времени из катода,
остается неизменным.
На участке ОА характеристики напряжение еще не
столь велико, чтобы все электроны, выходящие из ка-
тода, переносить на анод. Поэтому увеличение анодного
напряжения на этом участке вызывает увеличение коли-
чества электронов, в единицу времени достигающих ано-
84
да, т. е. увеличивает анодный ток. В точке А напряжение
достигает такой величины, при которой все электроны,
выходящие из катода, попадают на анод. Поэтому при
дальнейшем увеличении анодного
ток остается неизменным (уча-
сток АВ). При этом прибор рабо-
тает, как говорят, на насыщении.
Напряжение, при котором дости-
гается насыщение, называется на-
пряжением насыщения (t/s); ток,
проходящий через прибор, рабо-
тающий на насыщении, называ-
ется током насыщения (/s). При
увеличении тока накала напря-
жение насыщения и ток насыще-
ния, естественно, возрастают.
Анодные характеристики, изо-
браженные на рис. 2-17, найдены
теоретически для прибора с элек-
тродами, представляющими со-
бой две параллельные пластины,
напряжения анодный
Рис. 2-17. Теоретические
анодные характеристики
электронного прибора.
U s — напряжение насыще-
ния; Is — ток насыщения.
причем предполагается, что рас-
стояние между электродами d мало по сравнению с ли-
нейными размерами пластин. На участке ОА кривые
подчиняются так называемому закону трех вторых:
j=. 2,33.10-°
^з/2
~~сГ
(2-2)
где /— плотность анодного тока, А/см2 поверхности ка-
тода; t/a — анодное напряжение, В; d—расстояние меж-
ду электродами, см.
На этом участке анодный ток зависит только от анод-
ного напряжения. При насыщении анодный ток зависит
только от тока накала, т. е. температуры нити катода, и
подчиняется закону термоэлектронной эмиссии
_ ь
j = AT2e т ,
(2-3)
где j — плотность тока насыщения, А/см2 поверхности ка-
тода; Т — абсолютная температура, К; А — универсаль-
ная постоянная, равная для чистых металлов 60,2 А/см2;
b — постоянная, равная для вольфрама 52 560 1/К-
85
Реальные анодные характеристики рентгеновских тру-
бок сильно отличаются от теоретических характеристик,
изображенных на рис. 2-17, и зависят от конструкции
трубки. Типичные характеристики представлены на
рис. '2-18. Здесь нет резкого разграничения характери-
стики па два режима. На участках ОА анодный ток за-
висит не только от анодного напряжения, но и от тока
накала и закону трех вторых не подчиняется. На участ-
ках АВ полного насыщения также не наблюдается и
анодный ток, хотя и в незначительной степени, но за-
висит от напряжения.
Основными причинами, столь сильно изменяющими
анодную характеристику по сравнению с теоретической,
по-видимому, являются: 1) сильная неравномерность
электрического поля у катода и 2) воздействие на .поток
электронов отрицательного поверхностного заряда на
оболочке трубки.
Неравномерность электрического поля у катода,
в частности у нити накала, обусловливается наличием
фокусирующего устройства. Вследствие этого насыщение
на разных участках нити достигается при различных
анодных напряжениях. Большая напряженность поля па
Рис. 2-18. Реальные
анодные характеристики
рентгеновской трубки.
участках с насыщением, возмож-
но, вызывает также ограничен-
ную электростатическую эмиссию.
Отрицательный поверхностный
заряд, образующийся на оболоч-
ке трубки в результате попада-
ния на нее электронов, отражен-
ных от анода, действуя как неяв-
но выраженный третий элек-
трод— отрицательно заряженная
сетка, препятствует движению
электронов от катода к аноду,
уменьшает тем самым анодный
ток и повышает напряжение на-
сыщения.
Из рис. 2-18 видно, что анодная характеристика силь-
но зависит от тока накала рентгеновской трубки. При
малых токах накала зависимость анодного тока от анод-
ного напряжения в ряде случаев бывает столь незначи-
тельной, что вполне допустимо считать трубку работаю-
щей па полном насыщении. Для многих конструкций
рентгеновских трубок напряжение насыщения при малых
86
токах накала равно нескольким киловольтам. Это напря-
жение обычно столь невелико по сравнению с рабочими
напряжением рентгеновской трубки, что им можно пре-
небречь и считать напряжение насыщения равным нулю.
Анодная характеристика в этом случае представляет со-
бой прямую, параллельную оси абсцисс при любых зна-
чениях анодного напряжения, отличных от нуля. Такой
режим в дальнейшем будем назы-
вать «идеальным насыщением».
Чем больше анодный ток, т. е.
чем больше ток накала, тем силь-
нее зависимость анодного тока от
анодного напряжения. Принято счи-
тать, что характеристики рентгенов-
ских трубок ограничиваются двумя
предельными 'случаями: идеальным
насыщением и прямой пропорцио-
нальной зависимостью тока от на-
пряжения (рис. 2-19). Это положе-
ние не охватывает всего многообра-
зия возможных характеристик. Так,
при сильном действии третьего элек-
трода в явном или неявном (заряды
на стекле) виде характеристика мог-
ла бы иметь вид, подобный изобра-
женному пунктиром- [Л. 86]. Укажем
Рис. 2-19. Предельные
характеристики двух-
электродной рентге-
новской трубки.
а — идеальное насыще-
ние; б — пропорциональ-
ная зависимость тока от
напряжения.
еще, что и теоретическая характеристика двухэлектрод-
ного электронного прибора (рис. 2-17) также не уклады-
вается в эти пределы. Все же характеристики рис. 2-49
обычно считаются предельными для двухэлектродных
трубок.
Когда анодный ток рентгеновской трубки изменяется
пропорционально анодному напряжению, сопротивление
трубки
остается неизменным '(трубка подчиняется закону Ома).
Если ток возрастает медленнее напряжения, это означа-
ет, что сопротивление трубки с увеличением напряжения
повышается; чем ближе трубка к насыщению, тем сопро-
тивление трубки сильнее зависит от напряжения.
Для оценки зависимости анодного тока трубки от
анодного напряжения иногда пользуются термином
«проницаемость» трубки [Л. 87]. Если ток слабо зависит
87
от напряжения, то говорят о высокой проницаемости, ес-
ли сильно, — то о низкой; средняя проницаемость соот-
ветствует промежуточному-случаю, когда нет насыщения
и в то же время зависимость тока от напряжения замет-
но слабее пропорциональной
Как уже указывалось, анодное напряжение рентге-
новской трубки может быть как постоянным, так и пуль-
сирующим или переменным. При постоянном анодном на-
пряжении трубка работает на определенной точке анод-
ной характеристики. При пульсирующем или переменном
анодном напряжении рабочая точка перемещается по
характеристике, следуя за изменениями анодного напря-
жения. Мгновенное значение анодного тока определяется
при этом мгновенным значением анодного напряжения.
Зная форму кривой анодного напряжения и анодную ха-
рактеристику трубки, можно определить мгновенное зна-
чение анодного тока для любого 'момента времени и най-
ти, таким образом, форму кривой анодного тока. Ня
рис. 2-20 в качестве примера показано построение кривой
анодного тока при синусоидально меняющемся анодном
напряжении.
Строго говоря, следует различать статическую анод-
ную характеристику рентгеновской трубки, соответствую-
щую постоянному анодному напряжению, и динамиче-
скую анодную характеристику, получающуюся при не-
прерывно изменяющемся анодном напряжении [Л. 88].
Динамическая характеристика может отличаться от ста-
тической в результате, например, влияния на анодный
ток поверхностного заряда на оболочке трубки; поверх-
ностный заряд, обладая весьма заметной инерцией, не
успевает за быстрыми изменениями анодного напряже-
ния. Динамическая характеристика зависит от формы
кривой анодного напряжения. Она имеет две ветви: вос-
ходящую и нисходящую. Динамическая характеристика
1 Проницаемость рентгеновской трубки не следует смешивать
с проницаемостью электронной лампы с управляющей сеткой. Анод-
ный ток лампы подчиняется закону трех вторых по уравнению
h=q(Uc+DU&Y>P,
где Uс—сеточное, a Ua — анодное напряжения лампы; D — прони-
цаемость; q— коэффициент, зависящий от формы электродов. Прони-
цаемость характеризует здесь степень влияния сетки на анодный ток.
В большинстве случаев можно считать, что при рабочих режимах
лампы ее проницаемость остается неизменной. Проницаемость рент-
геновской трубки, наоборот, заметно изменяется в зависимости от
соотношения анодного напряжения и анодного тока.
88
для большинства типов рентгеновских трубок, видимо,
мало отличается от статической. Поэтому в дальнейшем
везде предполагается, что динамическая характеристика
совпадает со статической.
Как уже указывалось (§ 1-1), в рентгенотехнике при-
нято измерять (максимальное (за период) значение анод-
ного напряжения (7а.макс и среднее (за период) значение
анодного тока /а.ср. Среднее значение анодного тока за-
Рис. 2-20. Построение кривой анодного тока по
кривой анодного напряжения и анодной ха-
рактеристике.
висит в общем случае от максимального значения анод-
ного напряжения и тока накала. Кривые, представляю-
щие собой зависимость /а.ср=Дt/а.макс) при неизменном
токе накала /ш похожи на анодные характеристики. Сле-
дует указать, что эти кривые зависят от формы кривой
анодного напряжения. Типичные кривые представлены
на рис. 2-21,а.
Анодный ток рентгеновской трубки чрезвычайно чув-
ствителен к изменению тока накала. Небольшое измене-
ние тока накала вызывает значительное изменение анод-
ного тока. На рис. 2-21,6 изображены кривые /а.ср = /?(/ц)
при неизменном (7а.макс- Эти кривые являются достаточно
типичными для большинства конструкций рентгеновских
трубок. Они также зависят от формы кривой анодного на-
пряжения.
При практической работе анодный ток рентгеновской
трубки обычно ограничивается предельно допустимой
89
Рис. 2-21. Типичные характеристики рентгеновской трубки при
синусоидальном анодном напряжении.
я-'а.ср^^а.макс) ПРИ 'n = const; б -/а.срЧ(/н) при UMaKG = const.
мощностью, которую может воспринимать анод. Поэто-
му с понижением рабочего напряжения предельно допу-
стимый анодный ток'возрастает:
___
а.ср mi
/ иа.маке
Увеличение анодного тока достигается повышением
тока накала. Это 'повышение допустимо лишь до тех пор,
Рис. 2-22. Типичная зависи-
мость предельно допустимо-
го анодного тока от анод-
ного напряжения.
пока ток накала не достигает
предельно допустимого-значе-
ния. При дальнейшем увеличе-
нии анодного напряжения ток
накала должен оставаться не-
изменным, что приводит теперь
к уменьшению допустимого
анодного тока. Сказанное ил-
люстрирует рис. 2-22, на кото-
ром представлена типичная за-
висимость предельно допусти-
мого анодного тока от анодно-
го напряжения.
Остановимся на вопросе об устойчивости работы рент-
геновской трубки в зависимости от формы кривой анод-
ного напряжения. Здесь следует различать: а) пульси-
рующее напряжение с большой величиной пульсаций,
90
б) переменное напряжение и в) практически постоян-
ное напряжение.
Как показывает опыт, рентгеновские трубки наиболее
устойчиво и спокойно работают па пульсирующем напря-
жении. Условия работы трубки на переменном напряже-
нии утяжеляются тем, что в трубке действует электриче-
скоеполе с переменными знаками, причем трубка должна
сама запирать ток в холостой (обратный) полупериод.
Для некоторых типов рентгеновских трубок работа
па переменном напряжении не допускается. Для тех ти-
пов, для которых работа на переменном напряжении раз-
решается, значения предельно допустимых напряжения
и мощности снижаются на 10—15% по сравнению с ра-
ботой па пульсирующем напряжении.
Условия работы трубки на постоянном напряжении
утяжеляются из-за того, что трубка непрерывно нахо-
дится под напряжением, в то время как при пульсирую-
щем напряжении она периодически «отдыхает» при про-
хождении напряжения через минимум. Особенно тяжелы
условия работы трубки, когда постоянное напряжение,
получается в результате сглаживания напряжения кон-
денсаторами сравнительно большой емкости, присоеди-
ненными параллельно трубке. Малейшее газоотделение
в трубке приводит к ускорению разрядки конденсатора,
что в свою очередь способствует развитию в трубке га-
зового разряда. Для облегчения работы трубки в этом
случае последовательно с ней включаются мпогоомные
успокоительные . резисторы, ограничивающие ток и
воспринимающие энергию конденсатора при газоотделе-
пии.
Совершенствование технологии изготовления рентге-
новских трубок и повышение качества вакуумных мате-
риалов привели к созданию трубок, устойчиво работаю-
щих на постоянном напряжении (с успокоительными со-
противлениями), и способствовали более широкому
использованию выпрямительных схем с практически по-
стоянным напряжением. Основным достоинством этих
схем является более высокая отдача трубкой рентгенов-
ских лучей.
В заключение данного параграфа скажем несколько
слов об электрических испытаниях рентгеновских трубок.
Испытательное напряжение трубки на заводе—изготови-
теле трубок обычно составляет 110% ее предельно допу-
скаемого, т. е. полного паспортного напряжения. В экс-
91
плуатациоппых условиях не 'следует производить повтор-
ного испытания повышенным напряжением. Вместо эюго
следует рекомендовать: а) (проверку трубки на вакуум и
б) тренировку трубки.
Проверка трубки на вакуум производится следующим
образом. Электроды испытываемой трубки присоединя-
ются к источнику высокого напряжения, нить же катода
оставляется пенакалепноп. Если при включении (высокого
напряжения в трубке появляется устойчивое свечение,
это свидетельствует о негодности трубки; если свечения
не появляется, это значит, что трубка в отсутствие на-
кала не проводит тока и ее вакуум удовлетворителен.
Анодное напряжение при подобном испытании не следует
поднимать выше 30—35% номинального.
Каждую новую рентгеновскую трубку перед пуском
в эксплуатацию следует, кроме того, подвергать трени-
ровке после ее постановки в защитный кожух или моно-
блок. При анодном напряжении около 7з номинального
устанавливается небольшой анодный ток (1—2 мА). В те-
чение 5—10 мин напряжение и ток постепенно повыша-
ются до номинальных значений длительного режима.
При выделении остаточных газов (стрелка миллиампер-
метра начинает беспокойно подергиваться) напряжение
следует понизить до прекращения этих явлений и вновь
повышать до истечения 5—10 мин спокойной работы. По
достижении номинального режима трубка должна еще
поработать 10—15 мин.
Рентгенодиагностические трубки обычно такой трени-
ровке не подвергаются. Перед пуском их в эксплуатацию
делают ряд пробных включений, постепенно увеличивая
ток и напряжение.
2-3. РЕНТГЕНОВСКИЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ
Рентгеновские излучатели разделяются па два основ-
ных вида: а) отдельный защитный кожух со встроенной
рентгеновской трубкой, соединяемый с высоковольтным
генератором гибкими высоковольтными кабелями и
б) моноблок, в кожухе которого наряду с рентгеновской
трубкой размещается и питающий ее высоковольтный ге-
нератор. Мы сосредоточим здесь свое внимание в основ-
ном на излучателях в виде отдельных защитных кожу-
хов. Моноблоки рассматриваются далее в § 3-7.
На рис. 2-23 изображен рентгеновский излучатель на
125 кВ с рентгенодиагностической трубкой с вращаю-
92
1Димся анодом. Кожух сделан из тонкостенной стальной
трубы, выложенной изнутри свинцом. К трубе приваре-
ны раструбы, внутри которых располагаются высоко-
вольтные вводы, являющиеся гнездами для наконечни-
Рис. 2-23. Рентгеновский излуча-
тель с рентгенодиагностической
трубкой с вращающимся анодом.
/ — рентгеновская трубка; 2 — катод-
ный держатель; <3 — анодный держа-
тель; 4 — статор; 5 — гнезда высоко-
вольтных кабелей; 6 — маслорасшири-
толь; 7 — окно для выхода рентгенов-
ских лучей.
ков высоковольтных кабелей. Рентгеновская трубка
укрепляется на этих вводах. Кожух заполняется маслом
через окно, служащее для выхода рентгеновских лучей.
В окно затем вставляется целлулоид, который позволяет
наблюдать за накалом рентгеновской трубки.
Наличие воздушных пузырей внутри защитного ко-
жуха может легко повести к пробою. Для того чтобы
93
масло занимало весь объем кожуха и в то же время мог-
ло свободно расширяться, применяются маслорасшири-
тели с переменным объемом. Такой маслорасширитель
(рис. 2-23) представляет собой помещенный в масло
рёзиповый карман, внутренность которого соединена
с окружающим воздухом. При разогревании масло вы-
давливает воздух из кармана, увеличивая свой объем,
при охлаждении масла карман вновь наполняется воз-
духом. Трансформаторное масло, особенно в горячем со-
стоянии, разъедает обычную резину. Поэтому маслорас-
ширители должны делаться из особой маслоупорной
резины.
Наряду с резиновыми применяются и металлические
маслорасширители. Такой маслорасширитель представ-
ляет собой помещенную в масло металлическую «гармо-
нику»—сильфон. Внутренность сильфона сообщается
с атмосферным воздухом. При нагреве масло, расши-
ряясь, сжимает сильфон. При охлаждении масла силь-
фон возвращается в прежнее положение.
Электрическая прочность изоляционного масла при
заливке кожуха должна быть не менее чем 30—35 кВ
действующего значения на 2,5 мм при испытании в стан-
дартном разряднике. Заливку рекомендуется произво-
дить под вакуумом. Так как кожух герметически заку-
порен, то с течением времени электрическая прочность
масла снижается сравнительно мало.
Для того чтобы маслорасширители работали нор-
мально, заполнение кожуха маслом должно произво-
диться при строго определенных условиях (например,
при полностью сжатых расширителях и температуре
масла, на 5—10 °C превышающей максимальную темпе-
ратуру при работе аппарата). После наполнения кожуха
маслом принимаются меры к удалению из его объема
всех остатков воздуха.
На рис. 2-24 изображен рентгеновский излучатель на
250 кВ для рентгенотерапевтических и рентгенодефекто-
скопических аппаратов. Рентгеновская трубка имеет
здесь проточное масляное охлаждение, осуществляемое
с помощью специального насоса, соединяемого с излу-
чателем маслопроводными шлангами. Масло извне по-
падает в маслопроводную изоляционную трубку, нахо-
дящуюся внутри кожуха, и через нее — в полость анода.
Отсюда масло поступает в полость кожуха и затем вы-
ходит наружу. Таким образом, масло во всем объеме ко-
94
Рис. 2-24. Рентгеновский излучатель с рентгенотерапевтической трубкой с проточным масляным охлажде-
нием.
/ — маслопровод; 2 — гайка; 5 — анододержатель; 4—рентгеновская трубка; 5—катододержатель; 6 — изоляционный вы-
соковольтный барьер; 7 — торцовая крышка; 8 — оформительная крышка; 9 — кольцо; /0 — крышка наружная; // — тумблер
включения центратора; /2 — центратор; 13 — штыревой наконечник; 14 — высоковольтный ввод; /5 — гайка.
жуха является проточным. Это устраняет заботы о мас-
лорасширении, так как необходимый дополнительный
объем легко предусмотреть в насосе. В то же время та-
кая конструкция заставляет считаться с пониженной
электрической прочностью масла — при циркуляции в та-
кой системе ее трудно поднять выше 20—25 кВ па
2,5 мм.
В защитном кожухе и .во всей масляной системе пре-
дусматриваются уплотнения, препятствующие просачи-
ванию масла. Заполнение кожуха маслом производится
обычно при помощи насоса. После заполнения принима-
ются меры к удалению остатков воздуха, которые могут
остаться в полостях кожуха.
Масляный насос — ротационный, шестеренчатого ти-
па имеет производительность 25 л/мин. Насос располо-
жен в баке, наполненном маслом, и приводится в дейст-
вие трехфазным электродвигателем, находящимся на
крышке бака. Внутри бака имеется змеевик, по кото-
рому циркулирует вода из водопровода, охлаждающая
масло. Блокировки в масляной и водяной системах не
позволяют включать высокое напряжение и отключают
его, когда отсутствует или ослабевает напор масла или
воды.
Рассмотрим некоторые радиационные вопросы, каса-
ющиеся рентгеновских излучателей и относящиеся как
к излучателям в виде отдельных защитных кожухов
с рентгеновскими трубками, так и к моноблокам.
Рентгеновское излучение, исходящее от анода рент-
геновской трубки, несколько ослабляется как стеклян-
ным баллоном трубки, так и слоем масла, находящегося
между баллоном и выходным окном рентгеновского из-
лучателя, и самим выходным окном. Возникает естест-
венная фильтрация излучения, которую обычно назы-
вают собственной фильтрацией рентгеновского излуча-
теля. У выходного окна излучателя, предназначаемого
для рептгенодиагпостических и рептгепотерапевтических
аппаратов, обычно располагается дополнительный
фильтр, так как собственная фильтрация оказывается
недостаточной, чтобы полностью поглотить мягкое излу-
чение, которое в противном случае поглощалось бы ко-
жей пациента, оказывая на нее вредное действие. При
глубокой рентгенотерапии применяют более сильную
фильтрацию для повышения степени однородности из-
лучения и увеличения относительной глубинной дозы
96
(§ 1-6). Фильтры имеют вид сравнительно топких (1 —
5 мм) дисков из алюминия или меди.
Помимо фильтрации в рентгенодиагностике и рентге-
нотерапии (а также иногда в рентгенодефектоскопии)
применяют ограничение пучка лучей, выходящего из
окна рентгеновского излучателя. Такими ограничителя-
ми являются рентгеновские
тубусы и рентгеновские диа-
фрагмы, укрепляемые у вы-
ходного окна. Тубус пред-
ставляет собой круглый или
квадратный раструб, ось ко-
торого совпадает с цен-
тральным пучком лучей, а се-
чение обычно увеличивается
с удалением от окна. Тубусы
изготовляются из материа-
ла, сильно поглощающего
рентгеновское излучение.
Рентгеновские диафраг-
мы обычно бывают регули-
руемыми, т. е. позволяют из-
менять угол, ограничиваю-
щий выходящий пучок лучей,
а тем самым и поле облуче-
Рис. 2-25. Схематический раз-
рез объемной диафрагмы.
1 — анод рентгеновской трубки: 2 —
перемещающиеся свинцовые штор-
ки; 3 — источник видимого света
для светового центратора; 4 — зер-
кало; 5 — поле облучения; 6 — све-
товое поле.
ния на определенном рас-
стоянии от фокуса трубки.
Различают плоские и объем-
ные диафрагмы. В плоской
диафрагме две пары свинцо-
вых шторок раздвигаются во
взаимно перпендикулярных
направлениях, изменяя тем
самым размеры отверстия, ограничивающего пучок лу-
чей. Поскольку расстояние от фокуса трубки до диаф-
рагмы мало по сравнению с расстоянием от фокуса до
объекта исследования или облучения, границы поля об-
лучения получаются нерезкими; переходные участки не
входят в рабочее поле и приводят к дополнительному не-
нужному облучению. От этого недостатка почти пол-
ностью свободны объемные диафрагмы.
Схематический разрез объемной диафрагмы пред-
ставлен на рис. 2-25. Здесь имеется несколько пар под-
вижных шторок, что и приводи г к достаточно резкому
7—1434
97
ограничению пучка рентгеновских лучей. Объемные
диафрагмы снабжаются световыми центраторами, даю-
щими пучок лучей видимого света, совпадающий с рент-
геновским пучком и позволяющий центрировать этот
последний в его отсутствие. Объемные диафрагмы обыч-
но приводятся в действие посредством электропривода.
На -рис. 2-26 изображен
Рис. 2-26. Стол и штатив для рентге-
нодиагностнческпх снимков с излуча-
телем в сочетании с объемной диа-
рентгеновский излуча-
тель в виде отдельного
защитного кожуха с
рентгеновской трубкой
с вращающимся ано-
дом, снабженный объ-
емной диафрагмой и
обслуживающий стол
для рентгенодиагности-
ческих снимков.
Выше шла речь об
ограничении пучка
рентгеновских лучей,
выходящего из излуча-
теля через выходное
окно. Однако рентге-
новская трубка, раз-
мещенная в излучате-
фрагмой. ле, дает значительно
более широкий пучок
лучей, в том числе и
в осевом направлении в сторону катода. Для ослабления
неиспользуемой части пучка кожух излучателя покрыва-
ется изнутри, как уже указывалось, листовым' свинцом.
Согласно PC 1536-68* для излучателей, предназна-
чаемых для рентгенодиагностики, уровень защиты, обес-
печиваемой излучателем, должен быть таков, чтобы на
расстоянии 1 м от фокуса трубки в любом направлении
экспозиционная доза излучения не превышала 100 мР
в час при таком режиме электрического питания, кото-
рый обеспечивал бы максимально достижимую экспози-
ционную дозу в рабочем пучке при просвечиваниях.
К излучателям, предназначаемым для рентгенотера-
пии и имеющим трубки на напряжение не свыше 150 кВ,
предъявляются такие же требования. Для излучателей
* Рекомендация СЭВ по стандартизации: «Аппараты рентгенов-
ские. Требования но защите от излучения. Методы испытаний».
98
па напряжения свыше 150 кВ (т. е. для глубокой тера-
пии) допускается уровень защиты, пониженный в 10 раз
(т. е. 1 000 мР в час), что объясняется наличием между
излучателем и обслуживающим персоналом всегда
в этом случае защитной стены.
Для излучателей, предназначаемых для рентгеиоде-
фектоскопии, рекомендуется такой же уровень защиты,
что и для терапевтических. В эксплуатационных усло-
виях следует помнить, что массивные объекты исследо-
вания могут создавать рассеянное излучение, по интен-
сивности сравнимое с неиспользуемым излучением,
ослабленным защитным кожухом излучателя. Для излу-
чателей, используемых при рентгеноструктурном и рент-
геноспектральном анализах, когда обслуживающий пер-
сонал по условиям работы должен иногда приближаться
к излучателям, рекомендуется уровень защиты, соответ-
ствующий экспозиционной дозе излучения, равной 25 мР
в час на расстоянии 5 см от поверхности излучателя.
. Уровень защиты излучателя измеряется при выход-
ном окне, закрытом свинцовой заглушкой такой толщи-
ны, которая соответствует по меньшей мере 20 слоям
половинного ослабления. Измерения должны произво-
диться с ограничителем пучка лучей (тубусом, диафраг-
мой), предназначаемым для излучателя данного типа.
Для примера укажем, что в излучателях, подобных
изображенным на рис. 2-23 и 2-24, толщина защитного
слоя свинца на различных участках защитного кожуха
берется различной в зависимости от направленности лу-
чей и степени их ослабления собственными элементами
трубки и излучателя. В излучателях на напряжения
125—150 кВ наибольшая толщина свинца достигает
3—4 мм, в излучателях на напряжения 250—300 кВ —
5—6 мм.
2-4. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ КАБЕЛЬ
Высоковольтный кабель, применяемый в рентгенов-
ских аппаратах, имеет конструкцию, обусловливаемую
предъявляемыми к нему специфическими требованиями:
возможно большей легкостью и, главное, возм-ожно боль-
шей гибкостью; требования эти вызываются необходи-
мостью перемещения защитного кожуха с рентгеновской
трубкой в эксплуатации.
Типичная конструкция высоковольтного рентгенов-
ского кабеля изображена на рис. 2-27. Внешний диаметр
7* 99
кабеля па напряжение 50—100 кВ составляет 20—30 мм.
В центре находятся две или три концентрически распо-
ложенные жилы, по которым передаются как анодный
ток, так и ток накала рентгеновской трубки (третья жи-
ла необходима при использовании двухфокусной труб-
ки). Так как напряжение между жилами очень мало,
то они разделены лишь небольшим слоем изоляции.
Рис. 2-27. Высоковольтный рент-
геновский кабель.
1 и 2 — токопроводящие жилы; 3 —
основная резиновая изоляция; 4 — про-
тивокоронный слой; 5 — металлическая
защитная оболочка; 6 — внешняя обо-
лочка.
лейший воздушный пузырек,
Основная изоляция располагается поверх наружной из
этих жил. Изоляционным материалом в высоковольт-
ном рентгеновском кабе-
пе является резина, что и
сообщает кабелю доста-
точную гибкость. Снару-
жи кабель имеетплетеную
металлическую заземляе-
мую оболочку, а кроме
того, обычно хлопчатобу-
мажную оплетку.
Резиновая изоляция
не выносит воздействия
газов, являющихся про-
дуктами разложения воз-
духа при ионизации. Ма-
включенный в резиновую
изоляцию, приводит к пробою кабеля, так как под воз-
действием электрического поля воздух в этом пузырьке
ионизируется и разрушает резину. Поэтому технология
изготовления кабеля должна препятствовать возникно-
вению подобных пузырьков воздуха в толще резиновой
изоляции.
Разрушение резины могло бы происходить и с по-
верхности, если бы ионизация воздуха имела место меж-
ду резиной и окружающей ее металлической оплеткой.
Для предотвращения такого разрушения основная рези-
новая изоляция покрывается противокоронным слоем
полупроводящей резины; электрическое поле между на-
ружной поверхностью резины и оплеткой в этом случае
отсутствует и ионизации воздуха не происходит.
Величина предельно допустимого напряжения для
резиновой изоляции сильно зависит от формы кривой
этого напряжения. Чем больше переменная составляю-
щая этого напряжения, тем меньше допустимое макси-
мальное значение напряжения. Обычно считается, что
если принять амплитуду переменного напряжения за
100
единицу, то допустимое максимальное значение для того
же кабеля равно: при напряжении, пульсирующем от
нуля до максимума,— 1,7 и при практически постоян-
ном — 2 [Л. 89].
Высоковольтный рентгеновский кабель делается в на-
стоящее время не выше чем на 150—200 кВ пульсирую-
щего напряжения. Таким образом, при заземлении вы-
вода питающего устройства присоединение трубки мож-
но осуществлять при помощи кабеля лишь в том случае,
если напряжение на трубке не превышает указанной
величины. При заземлении средней точки высоковольтно-
го генератора кабель можно применять при напряжени-
ях в 2 раза больших, чем при заземлении вывода.
Длина кабельных выводов берется обычно равной
5—15 м. Хотя кабель довольно гибок, однако слишком
сгибать его не следует, так как это может повести к по-
явлению трещин в резиновой изоляции и ее пробою.
Особенно осторожно следует обращаться с кабелем при
низких температурах, памятуя, чго некоторые виды ре-
зины при этом в значительной мере утрачивают гиб-
кость.
. Внутренние жилы кабеля и его внешняя заземляю-
щая оболочка образуют емкость, распределенную по
длине кабеля; эта емкость имеет величину 150—
200 пФ/м. Таким образом, емкость кабеля велика по
сравнению, например с внутренними емкостями главного
трансформатора. Емкость кабеля может оказывать, как
мы увидим дальше, заметное влияние на работу питаю-
щего устройства. При рассмотрении этого влияния ем-
кость кабеля обычно представляют в виде сосредоточен-
ной емкости, включенной между выводом ’питающего
устройства и землей.
Кабель заканчивается с обеих сторон кабельными на-
конечниками, вставляемыми в специальные гнезда, на-
ходящиеся с одной стороны в высоковольтном генера-
торе, с другой — в защитном кожухе рентгеновской
трубки. Много лет применяемая конструкция кабель-
ного наконечника изображена на рис. 2-28. На расстоя-
нии а—б с кабеля сняты все внешние оболочки и про-
тивокоронный слой, а сам он помещен в изоляционный
стакан (из бакелита, пластмассы или фарфора), залитый
изоляционной массой. Внутренние жилы кабеля соеди-
няются -с контактами, находящимися в торце стакана и
выполняемыми, например, в виде вилок. Наружная ме-
101
таллическая оболочка аккуратно обрезается по краю б,
обматывается- несколькими витками голого медного про-
вода и запаивается. Металлический заземленный рас-
труб служит для выравнивания электрического ноля.
В качестве изоляционной массы применяется, напри-
мер, резинат кальция. В процессе заливки важно пол-
ностью удалить воздух из объема стакана; возникающая
Рис. 2-28. Кабельный наконечник.
1 и 2 — жилы; 3 — резина; 4 — изоляционный стакан;
5 — изоляционная масса; 6 — контактные вилки; 7 — за-
земленный раструб.
в противном случае ионизация разрушает изоляцию и
ведет к пробою. Для большей надежности применяют*
вакуумную заливку.
Конструкции такого кабельного наконечника и гнез-
да, куда вставляется наконечник, предполагают запол-
нение зазора между наконечником и гнездом трансфор-
маторным маслом или вазелином. При эксплуатации
аппарата следует 'периодически производить смену на-
полнителя.
В зарубежной практике -получили распространение
малогабаритные кабельные наконечники и гнезда. Раз-
меры можно сократить, применяя в качестве наконечни-
ка, например, опрессовку на конце кабеля. Такого рода
наконечник вставляют в стакан, плотно прижимая его
к стенкам.
ГЛ АВ А ТРЕТ ЬЯ
РЕНТГЕНОВСКИЕ ПИТАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
3-1. ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ
Рентгеновское питающее устройство, как мы знаем,
служит для шитания рентгеновской трубки электрической
энергией. В состав рентгеновского питающего устройст-
ва обычно входят высоковольтный генератор и отдель-
102
ный от него пульт управления. В некоторых аппаратах
пульт управления конструктивно объединяется с высоко-
вольтным генератором. В других аппаратах, наоборот,
в дополнение к пульту управления вводится промежу-
точный блок; такая система применяется в мощных
аппаратах, когда не хотят, чтобы .пульт управления был
слишком громоздким.
Источником 'высокого напряжения для анодной цепи
рентгеновской трубки служит в высоковольтном гене-
раторе, как правило, высоковольтный трансформатор,
называемый также главным трансформатором. В зави-
симости от того, какое напряжение хотят иметь на элек-
тродах рентгеновской трубки: переменное, пульсирую-
щее или практически постоянное,—используют различные
высоковольтные выпрямительные схемы, однофазные
и трехфазные. Соответственно и главные трансформато-
ры строятся одно- и трехфазными.
Электрические цепи рентгеновского питающего
устройства имеют электрическое соединение или с пер-
вичной пли со вторичной обмотками главного трансфор-
матора. Соответственно их часто называют «первичны-
ми» и «вторичными» или «низковольтными» и «(ВЫСОКО-
ВОЛЬТНЫМИ» цепями. Иногда говорят о высоковольтной
цепи в единственном числе, имея 'в виду анодную цепь
рентгеновской трубки.
В высоковольтном генераторе всегда создают прину-
дительное распределение потенциалов относительно зем-
ли, для чего заземляют какую-либо точку высоковольт-
ной цепи. Принудительное распределение потенциалов
сознает пл я высоковольтной изоляции определенные ус-
ловия работы и дает возможность рационально ее рас-
считывать.
При выборе точки, которую следует заземлять, исхо-
дят из требуемых условий работы рентгеновской трубки.
Если конструкция трубки требует заземления анода (или
катода), то заземляется вывод высоковольтного генера-
тора; если конструкция трубки не предусматривает за-
земления одного из электродов, то вторичную цепь
обычно делают электрически симметричной и заземляют
среднюю точку этой цепи. При заземлении средней точ-
ки электроды рентгеновской трубки находятся по отно-
шению к земле под одинаковым (по абсолютной вели-
чине) напряженном, равным половине анодного напря-
жения трубки. Естественно, что заземление средней точки
1 03
няются. В то же
цепь рентгеновского
питающего устрой-
ства.
ИЭ — источник электри-
ческой энергии; ЛТ —
регулировочный авто-
трансформатор: ВГ —
высоковольтный генера-
тор: РТ — рентгеновская
трубка.
более бла1 оприятно, чем заземление вывода, так как-при
прочих равных условиях оно предъявляет меньшие тре-
бования к изоляции.
Если применяется симметричная схема, то средней
точкой высоковольтной цепи часто является средняя точ-
ка вторичной обмотки главного трансформатора. В пи-
тающих устройствах с напряжением 200 кВ и выше (вы-
соковольтный генератор при симметричной схеме иногда
располагается в двух кожухах (баках); в одном нахо-
дится катодная половина генератора, в другом — анод-
ная; каждая из них имеет свой 'высоковольтный транс-
форматор.
Первичные (низковольтные) цепи рентгеновского
питающего устройства, как правило, с землей не соеди-
!мя уровень их изоляции относитель-
но земли невысок (испытательное
напряжение не превышает 2 500 В),
а потому при расчете изоляции вто-
ричных цепей первичные цепи счи-
таются соединенными с землей.
Из первичных цепей следует вы-
делить силовую цепь, служащую
для питания главного трансформа-
тора. На стороне высокого напряже-
ния силовой цепью является анод-
ная цепь рентгеновской трубки. Если
отвлечься от вопросов изоляции,
можно говорить о единой силовой
цепи, которая включает в себя все
элементы первичной и вторичной
силовых цепей от источника элек-
трической энергии до рентгеновской
трубки. Условимся называть эту
цепь главной цепью рентгеновского
питающего устройства (и рентгенов-
ского аппарата в целом).
Главная цепь в наиболее об-
щем виде изображена на рис. 3-1.
Регулировочный автотрансформатор позволяет регулиро-
вать напряжение на рентгеновской трубке. Четырехпо-
люсник ВГ включает в себя все элементы главной цепи,
сосредоточенные в высоковольтном генераторе.
Обычно принимают, что источник электрической энер-
гии дает строго синусоидальное напряжение и его мощ-
104
пость столь велика (внутреннее сопротивление столь ма-
ло), что изменение в самых широких (Пределах анодного
тока рентгеновской трубки оставляет напряжение на
зажимах источника неизменным по величине и форме
кривой. Тогда падение напряжения будет иметь место
лишь в самом питающем устройстве и в сети, соединяю-
щей питающее устройство с источником электрической
энергии. Результатом падения напряжения будет умень-
шение напряжения на рентгеновской трубке.
Внешней характеристикой рентгеновского питающего
устройства называется зависимость напряжения на
рентгеновской трубке от ее анодного тока
Uа.макс —f (Ла.ср)
при неизменных условиях питания самого питающего
устройства. В большинстве случаев (внешняя характери-
стика имеет вид прямой линии, наклонной к оси абс-
цисс. Следует различать (рис. 3-2) два вида внешней ха-
рактеристики: а — характеристику, учитывающую пол-
ное падение напряжения, т. е. падение напряжения как
в питающем устройстве, так и в се-
ти, и б — характеристику, учитываю-
щую падение напряжения лишь
в питающем устройстве. При снятии
характеристик изменение анодного
тока достигается изменением тока
накала. Для первой характеристики
подрегулировки напряжения не про-
изводится, для второй напряжение
на регулировочном автотрансформа-
Рис. 3-2. Типичные
внешние характери-
стики. рентгеновского
питающего устрой-
ства.
торе поддерживается неизменным,
благодаря чему компенсируется па-
дение напряжения в сети. Естествен-
но, что вторая характеристика более
полога, чем первая.
Здесь нас будет интересовать только первая характе-
ристика. Для более устойчивой работы рентгеновской
трубки желательно, чтобы эта характеристика была бо-
лее крутой; тогда при толчках тока, вызываемых газо-
отделением в трубке, напряжение на ней резко умень-
шается, что способствует восстановлению вакуума. Для
того чтобы внешнюю характеристику сделать более кру-
то падающей, во многих питающих устройствах (со сто-
105
роны высокого или низкого напряжения) включают спе-
циальные успокоительные резисторы. В случае, если
параллельно трубке для сглаживания напряжения вклю-
чены конденсаторы, успокоительный резистор должен
включаться обязательно на стороне высокого напря-
жения (последовательно с трубкой.
В то же время чрезмерно крутая внешняя характери-
стика опасна при случайном .сбросе нагрузки (например,
при исчезновении накала). Напряжение на трубке в этом
случае резко .повышается. Круто падающая внешняя ха-
рактеристика неудобна и при регулировке анодного тока
трубки, так как вызывает при изменении тока значитель-
ное изменение напряжения.
В некоторых случаях внешняя характеристика непря-
молинейна, что объясняется сложной зависимостью паде-
ния напряжения от тока нагрузки. Так, приходится стал-
киваться с характеристиками, подобными изображенным
на рис. 3-3. Повышение напряжения с нагрузкой может
обусловливаться, например, 'влиянием емкости высоко-
вольтных кабелей, соединяющих рентгеновскую трубку
Рис. 3-4. Внешняя харак-
теристика, наиболее бла-
гоприятная для устойчи-
вой работы трубки.
Рис. 3-3. Возможные виды внешней
характеристики.
с высоковольтным генератором.
В связи с этим возникает
вопрос о наиболее целесообразном виде внешней харак-
теристики. Таким обладает внешняя характеристика,
представленная на рис. 3-4. Вначале характеристика
идет практически параллельно горизонтальной оси, а за-
тем в области повышенных токов напряжение резко па-
дает, снижаясь до нуля. При таком виде характеристики
не приходится опасаться сброса нагрузки; такая харак-
теристика наиболее способствует восстановлению ва-
куума при газоотделепии ,в трубке. В рентгеновских пи-
106
тающих устройствах обычно не принимается специальных
мер, изменяющих вид внешней характеристики.
Обозначим уменьшение напряжения на выходе питаю-
щего устройства, обусловленное его нагрузкой па рент-
геновскую трубку, через AUа.макс* В самом общем виде
А t/а.макс = Е'а.макс ^а.макс,
где £а.макс — напряжение па выходе питающего устрой-
ства при холостом ходе, а t/а.макс— при нагрузке. Расчет
At/а.макс Для различных выпрямительных схем дается
в гл. 4.
При расчете падения напряжения в рентгеновских
питающих устройствах оказывается удобным ввести ко-
эффициент:
~ _^а.макс _ 1 | А^а.макс _ i _j_ дг 7-Х-
а —77 ’— 1 Y~j 1 “г а.макс
и а .макс и а. макс
Здесь под At/а.макс понимается уменьшение напряже-
ния на выходе питающего устройства при наибольшем
токе нагрузки, допускаемом при напряжении U а.макс,
а под А£7*а.макс — это же уменьшение в долях С7а.макс-
Будем называть номинальным такой режим, при ко-
тором рентгеновский аппарат (рентгеновское питающее
устройство) работает на номинальном, т. е. наибольшем,
рабочем напряжении и при наибольшем токе, допускае-
мом при этом напряжении. Для номинального режима
расчетное значение а в практике отечественного рентге-
ноаппаратостроения обычно берется в пределах 1,15—
1,35, а иногда и более.
Запас электрической прочности различен для различ-
ных высоковольтных частей рентгеновского аппарата.
Для высоковольтного генератора в целом он обычно ра-
вен 40—50%. Это означает, что пробой произойдет в ка-
ком-либо масляном промежутке) при напряжении,
превышающем предельно допускаемое рабочее напряже-
ние на 40—50%. Для высоковольтной изоляции главного
трансформатора (и трансформатора накала) обычно бе-
рется повышенный запас электрической прочности (50—
100%), для рентгеновских излучателей, наоборот, — по-
ниженный (гл. 2).
Таким образом, значения А17:,:а.Макс = 0,15— 0,35 (т. е.
15—35%), соответствующие и = 1,15-?-1,35, сравнимы
107
с запасом электрической прочности высоковольтных ча-
стей рентгеновских аппаратов. При случайном сбросе на-
грузки, например из-за неисправности в цепи накала
рентгеновской трубки, напряжение на выходе питающего
устройства, изменяясь по внешней характеристике, повы-
шается при номинальном режиме от значения 17а.Пом до
значения Ва.ном “сс^а.пом, которое тем больше, чем
выше а. При относительно высоких значениях а на-
пряжение может достигнуть уровня электрической проч-
ности и даже превысить его. Поэтому в отечествен-
ном рентгеноаппаратостроении принято при 1,2 4-1,25
предусматривать автоматические устройства, защищаю-
щие от чрезмерного повышения напряжения при сбросе
нагрузки.
Существенной особенностью рентгеновских аппаратов
является возможность регулирования в широких преде-
лах напряжения на рентгеновской трубке и ее анодного
тока, что необходимо для изменения жесткости и интен-
сивности рентгеновского излучения. Кроме того, обычно
предусматривается автоматическое 'отключение высоко-
вольтного генератора по истечении заданной выдержки
времени. Наличие трех переменных параметров: напря-
жения, тока и выдержки—ставит вопрос о факторах,
определяющих нагрузочную способность рентгеновского
аппарата (рентгеновского излучателя и рентгеновского
питающего устройства) при различных рабочих режимах.
Нагрузочная способность оценивается, с одной сторо-
ны, допустимой мощностью, с другой — допустимой
длительностью работы и требуемой длительностью пере-
рывов.
Различают отдаваемую и потребляемую мощности
рентгеновского аппарата и рентгеновского питающего
устройства. Отдаваемая мощность Ра воспринимается
анодом рентгеновской трубки, т. е. является активной
мощностью и выражается в киловаттах. Говоря о потреб-
ляемой мощности, следует различать потребляемую
активную мощность Р и потребляемую полную (кажу-
щуюся) мощность S; первая выражается в киловаттах,
вторая — в киловольт-амперах. Отдаваемая и потребляе-
мая активные мощности связаны соотношением
р Р а
де р— к. п. д. рентгеновского питающего устройства.
108
С другой стороны,
где % — коэффициент -мощности этого устройства. По-
этому
Величина g изменяется ib пределах 0,5—1 в зависимо-
сти от -высоковольтной выпрямительной схемы. Величина
к. п. д. изменяется в пределах 0,5—0,8; для аппаратов,
работающих длительно, к. п. д. имеет большую величину,
чем для аппаратов, работающих кратковременно. Как
уже указывалось, величина к. п. д. (а также и £) в рент-
геновских аппаратах играет второстепенную роль. В даль-
нейшем мы будем интересоваться в первую очередь
отдаваемой мощностью. Различают три основных вида
работы рентгеновских аппаратов:
а) кратковременная (работа: рентгеновская трубка
включается на короткое время (рабочий период) дли-
тельностью не более нескольких секунд, после чего сле-
дует перерыв, во много раз продолжительнее рабочего
периода;
б) повторно-кратковременная работа: трубка рабо-
тает более длительно, чем в предыдущем случае (рабо-
чий период длится несколько минут и более), и продол-
жительность перерыва сравнима с продолжительностью
рабочего периода; чередование рабочих периодов и пере-
рывов может продолжаться как угодно долго;
ib) длительная работа: продолжительность работы
трубки не ограничивается.
С точки зрения электрических расчетов рентгеновские
аппараты достаточно разделить на две группы [Л. 90].
К первой группе относятся аппараты, предназначенные
для кратковременной работы, ко второй — предназначае-
мые для повторно-кратковременной и длительной работы.
Более подробно об этом говорится в § 3-4 и 4-9.
Вместе с тем указанные три вида не охватывают всех
реальных режимов работы рентгеновских аппаратов. Так,
рентгенодиагпостические аппараты при одиночных сним-
ках работают кратковременно, при просвечиваниях — по-
вторно-кратковременно. Расчет этих аппаратов ведется,
исходя из кратковременной работы. В то же время,
например, прицельные снимки требуют особого режима,
109
так как перемежаются с просвечиваниями и следуют
друг за другом сравнительно быстро.
Допустимая мощность рентгенодиагностического ап-
парата при одиночных снимках с малыми (0,1 си менее)
выдержками обычно ограничивается допустимым паде-
нием напряжения в главной цепи и трубка работает не
на полной мощности. С увеличением выдержки допусти-
мая мощность трубки уменьшается (§ 2-1) и, начиная
с некоторого значения выдержки, допустимая мощность
аппарата будет ограничиваться допустимой мощностью
трубки. Для маломощных рентгенодиагностических аппа-
ратов допустимая мощность ограничивается допустимым
падением напряжения во всем интервале выдержек.
Допустимая мощность рентгенодиагностического ап-
парата при просвечиваниях ограничивается допустимой
мощностью трубки, так как питающее устройство имеет
запас мощности, необходимый для снимков. Допустимые
длительности рабочих периодов и перерывов определяют-
ся нагрузочной способностью рентгеновского излучателя.
Рентгенотерапевтические и рентгенодефектоскопиче-
ские аппараты работают -повторно-кратковременно. В то
же время эти аппараты, как .правило, допускают при той
же мощности и длительную работу. Рентгенодефектоско-
пические аппараты с моноблоками иногда требуют обя-
зательных перерывов. Рентгеновские аппараты для
структурного и спектрального анализов обычно рассчи-
тываются на длительную работу.
Допустимая мощность всех этих аппаратов при номи-
нальном режиме обычно равна или несколько больше до-
пустимой мощности трубки. При работе на пониженных
рабочих напряжениях дело осложняется. Допустимая
мощность рентгеновской трубки в широком интервале
рабочих напряжений от полного до половинного остается
неизменной (§ 2-2), так как определяется нагревом ано-
да, который однозначно связан с мощностью, восприни-
маемой анодом, и не зависит от соотношения напряже-
ния и тока. В питающем устройстве основными причина-
ми, вызывающими напрев, являются: потери в меди и
стали главного трансформатора и регулировочного авто-
трансформатора и потери в высоковольтных выпрямите-
лях. Потери в меди растут, как известно, пропорциональ-
но квадрату тока; то же можно сказать и о потерях
в выпрямителях, если принять сопротивление выпрямите-
лей не зависящим от величины тока. С понижением па-
110
бочего напряжения при неизменной мощности ток, а сле-
довательно, потери в меди и в высоковольтных вентилях
возрастают, что может привести к недопустимым мест-
ным нагревам (несмотря на уменьшение потерь в стали).
Таким образом, аппарат может работать при понижен-
ном рабочем напряжении при полной мощности только
в том случае, если обмотки главного трансформатора и
регулировочного автотрансформатора, а также высоко-
вольтные выпрямители рассчитаны на соответствующий
повышенный ток.
3-2. ГЛАВНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Особенностью главного трансформатора, как и рент-
геновского питающего устройства (и рентгеновского
аппарата в целом), является относительно малая мощ-
ность при весьма -высоком напряжении. Мощность глав-
ного трансформатора равняется обычно нескольким ки-
ловольт-амперам при (вторичном напряжении 6—120 кВ.
В некоторых аппаратах применяются трансформаторы и
на значительно более высокие напряжения.
Современное рентгеноаппаратостроение характеризу-
ется стремлением к минимальным размерам и минималь-
ной массе. Эти же требования предъявляются и к глав-
ному трансформатору. Вместе с тем главный трансфор1
матор должен быть электрически прочным, не должен
перегреваться при нагрузке, и в нем не должно происхо-
дить чрезмерного падения напряжения. Величина к. п. д.
ввиду малой мощности рентгеновского трансформатора
существенной роли не играет Г
Главный трансформатор обычно располагается в об-
щем баке с другими элементами высоковольтного гене-
ратора; бак заполняется изоляционным маслом. Как
правило, в рентгеноаппаратостроении применяется обыч-
ное трансформаторное масло. Благодаря своим высоким
изоляционным свойствам масло позволяет уменьшить
расстояния и придать трансформатору (и «высоковольтно-
му генератору в целом) большую компактность. В то же
время масло способствует отводу тепла от магнитопро-
вода и обмоток к окружающему пространству.
1 Коэффициент полезного действия рентгеновского трансформа-
тора при длительной работе имеет величину около 90%, в то время
как -к. п. д. мощных силовых трансформаторов достигает 99—
99,5%.
Ill
В дальнейшем изложении имеются в виду трансфор-
маторы, предназначаемые для присоединения к электри-
ческим сетям или иным источникам электрической энер-
гии с частотой 50 Гц. Номинальное первичное напряже-
ние таких трансформаторов обычно берется в пределах
220—380 В. Вначале мы остановимся на однофазных
главных трансформаторах.
Главные трансформаторы изготовляются, как прави-
ло, с замкнутыми магнитопроводами как стержневого,
так и броневого типов. Материалом для магнитопроводов
служит электротехническая сталь обычная трансформа-
торная марки Э41 по ГОСТ 802-58 или холоднокатаная
марки Э310. Расчетная магнитная индукция в рентгенов-
ских трансформаторах обычно берется ранной 1,4—1,6
для первой и 1,7—1,8 Т для второй (т. е. 14—16 и 17—
18 тыс. Гс). Вопрос о выборе величины магнитной индук-
ции (рассматривается далее в § 3-4.
Листы стали имеют толщину 0,35—0,5 мм. Они изо-
лируются друг от друга бакелитовым лаком или жидким
стеклом. Листы собираются обычно «в переплет» пакета-
ми по нескольку листов. Магнитопровод стягивается при
помощи шпилек с гайками. Для обеспечения плотной
стяжки по всей длине магнитопровода применяются до-
полнительные накладки из полосовой или угловой стали.
В небольших трансформаторах магнитопровод стягивает-
ся иногда просто хлопчатобумажной лентой.
Поперечное сечение стержня магнитопровода делается
обычно ступенчатым: первичная и вторичная обмотки
наматываются, как правило, на круглое основание. На-
личие таких ступеней при заданной площади сечения
магнитопровода уменьшает средний диаметр обмоток.
Иногда каркас обмотки и стержень магнитопровода де-
лаются прямоугольными, однако это усложняет намотку
провода. Сечение ярма для упрощения почти всегда бе-
рется прямоугольным.
Первичная обмотка главного трансформатора изго-
товляется из обмоточного провода с хлопчатобумажной
(иногда эмалевой) изоляцией. В менее мощных транс-
форматорах применяется провод с круглым, в более мощ-
ных— с прямоугольным сечением; в последнем случае
заполнение получается, естественно, лучшим. Электро-
движущая сила на виток при частоте 50 Гц берется
в пределах 0,3—0,5 до 2—2,5 В. Чем мощнее трансфор-
матор, тем он имеет большую э. д. с. на виток. Первич-
112
пая обмотка наматывается в несколько слоев на бумаж-
но-бакелитовую изоляционную втулку, располагаемую
по всей длине стержня, пли прямоугольный каркас
(в зависимости от формы сечения стержня магнитопро-
вода).
Вторичная обмотка выполняется в виде одной, двух
или более катушек — так называемых секций. Секции
изготавливаются из тонкого провода диаметром 0,06—
0,4 мм, как правило, -с эмалевой изоляцией. Число витков
в секции может достигать нескольких десятков тысяч.
Секции наматываются на изоляционные втулки или пря-
моугольные каркасы, которые располагаются поверх пер-
вичной обмотки. Число сдоев намотки в секции дости-
гает нескольких десятков. Междуслойное напряжение
обычно не превышает 1 000—1 500 В (действующее зна-
чение). В качестве междуслойной изоляции используется
изоляционная бумага (телефонная, конденсаторная),
прокладывающаяся <в несколько слоев. Ширина бумаги
берется на 5—15 мм больше ширины намотки, чтобы
предотвратить возникновение искрового перекрытия меж-
ду двумя соседними слоями намотки через край секции.
а)
6)
Рис. 3-5. Междуслойная изоляция в высо-
ковольтной секции.
а — с простой прокладкой бумаги; б — со ступен-
чатой прокладкой бумаги.
Для уменьшения толщины изоляции при том же числе
слоев бумаги (т. е. при той же электрической прочности
междуслойной изоляции) часто применяется система на-
мотки, изображенная на рис. 3-5,6.
Один или два начальных и последних слоя вторичной
обмотки делаются из небольшого числа витков провода
большого сечения с повышенной изоляцией. Их назначе-
8—1434 113
пие— увеличить электрическую и механическую проч-
ность секции .при падении па обмотку волны с крутым
фронтом (например, при перенапряжениях). Эту же цель
преследуют помещая поверх секций металлические
(обычно латунные) экраны. Такие экраны располагают
иногда и в основании секции.
Высоковольтные секции являются самой ответствен-
ной частью главного трансформатора. Чтобы обеспечить
достаточную электрическую прочность секций, полностью
собранные трансформаторы (вернее, высоковольтные ге-
нераторы в целом) просушиваются и заливаются транс-
форматорным 'маслом в горячем виде. Обе эти операции
производят обычно под вакуумом. Обеспечивая высокую
электрическую прочность масла, вакуум |резко повышает
и электрическую прочность высоковольтных секций, по-
скольку масло под вакуумом заполняет все промежутки
между волокнами изоляционной бумаги. Остаточное дав-
ление при вакуумной обработке не должно превышать
150—250 Па (1—2 мм рт. ст.). Вакуумная обработка по-
зволяет при заданном запасе электрической прочности
уменьшить размеры трансформатора.
У трансформатора с броневым магнитопроводом пер-
вичная и вторичная обмотки располагаются на средней
части магнитопровода, которая и является стержнем.
При стержневом магнитопроводе обмотки могут распола-
гаться как на одном, так и на двух стержнях. В послед-
нем случае на обоих стержнях находятся как первичная,
так и вторичная обмотки; при этом в первичной обмотке
применяется, как правило, параллельное соединение, а во
вторичной — всегда последовательное.
На рис. 3-6 изображена типичная конструкция двух-
секционного трансформатора с магнитопроводом броне-
вого типа. «Начала» двух секций вторичной обмотки со-
единяются друг с другом и образуют среднюю точку
вторичной обмотки, а их «концы» представляют собой
выводы 'вторичной обмотки. Напряжение между каким-
либо слоем намотки одной секции и равноудаленным от
начала обмотки слоем другой секции возрастает по мере
перехода от нижних слоев к верхним. Поэтому секция
имеет ступенчатое строение: в нижней ступени или, как
говорят, группе число витков в слое берется наибольшим,
в следующей группе оно меньше. Следовательно, меньше
и ширина группы, а расстояние между одинаковыми
группами соседних секций больше.
114
Рассмотрим главные трансформаторы, работающие
с заземлением средней точки или вывода вторичной
обмотки. При заземлении средней точки изоляция между
вторичной и первичной обмотками в двухсекционном
трансформаторе должна выдерживать напряжение, наво-
димое в нижнем слое одной секции, т. е. напряжение
порядка всего лишь 1 кВ (считаем, что первичная обмог-
Рис. 3-6. Двухсекционный трансформатор на ПО кВ с воз-
можностью заземления вывода.
ка имеет потенциал земли). Минимально допустимые
расстояния di и г/2 (рис. 3-6) определяются напряжением,
действующим между выводом вторичной обмотки и зем-
лей (магнитопровод заземлен); это напряжение в данном
случае равно для обеих секций половине вторичного на-
пряжения трансформатора. Минимально допустимое рас-
стояние определяется напряжением, действующим
между землей и концом первой группы.
При заземлении вывода вторичной обмотки положе-
ние меняется. Средняя точка находится теперь по отно-
шению к земле под напряжением, равным половине вто-
ричного напряжения трансформатора. Между вторичной
и первичной обмотками должна быть помещена, следо-
вательно, изоляционная втулка, расчитанная на это на-
пряжение. При расчете минимально допустимых расстоя-
ний di и d2 следует исходить из полного вторичного
напряжения трансформатора, так как при заземлении
8* 115
одного из выводов между другим выводом и землей дей-
ствует именно это (напряжение. Что же касается мини-
мально допустимого расстояния d3, то при его определе-
нии следует учесть, что вдоль изоляционной втулки, на
которой намотана вторичная обмотка, т. е. между ниж-
ним слоем первой группы и землей, теперь действует на-
пряжение, равное 'половине вторичного напряжения
трансформатора. Напряженность электрического поля
в изоляционном масле вдоль твердого изолятора допус-
кается значительно меньшей, чем прямо в масле; поэтому
минимально допустимое расстояние в этих случаях бу-
дет определяться именно этим напряжением.
Из всего сказанного следует, что при прочих равных
условиях трансформатор с заземлением вывода вторич-
ной обмотки имеет заметно большие размеры, чем транс-
форматор с заземлением средней точки. Конструкция
двухсекционного трансформатора наиболее целесообраз-
на ib том случае, если обе секции находятся в равных
условиях, т. е. при заземлении средней точки или попере-
менном заземлении обоих выводов. Последний случай,
однако, редок. Поэтому двухсекционные трансформаторы
в основном применяются при заземлении средней точки.
При постоянном заземлении одного вывода вторичной
обмотки часто применяется .конструкция односекционного
трансформатора. Распределение потенциалов относитель-
но земли в этом трансформаторе такое же, как и в двух-
секционном трансформаторе с заземлением средней
точки.
Средняя расчетная напряженность электрического
поля в масляных рентгеновских трансформаторах прини-
мается равной 1 —1,5 кВ/мм (действующее значение при
номинальном режиме). В трансформаторном масле
вдоль твердых диэлектриков эта величина понижается
примерно вдвое. В итоге необходимые расстояния в мас-
ле заметно увеличивают размеры трансформатора. По-
этому во многих конструкциях применяются различного
рода барьеры из твердых диэлектриков, электрокартона
или изоляционной бумаги, имеющие целью сократить
расстояния. На рис. 3-7 изображен в качестве примера
двухсекционный трансформатор с барьерами из электро-
картона.
Весьма целесообразным/для получения минимальных
размеров и массы) способом изоляции является полная
замена масляных изолирующих промежутков пзоляцион-
116
noii бумагой, пропитанной трансформаторным -маслом.
На рис. 3-8 представлен эскиз высоковольтного транс-
форматора, -в секциях которого изоляционная бумага
используется какдлямеж-
дуслойпой, так и для па
ружной изоляции. При на-
мотке такой секции бума-
га выступает далеко за
край секции и на ней за
пределами намотки дела-
ются разрезы перпендику-
лярно намотке. После
окончания намотки вы-
ступающие разрезанные
края бумаги заворачива-
ются кверху и охватыва-
ют секцию попеременно
с той и другой стороны,
Рис. 3-7. Двухсекционный транс-
форматор па 110 кВ с барьерами
из электрокартсна с заземлением
средней точки.
причем разрезы в отдель-
ных слоях бумаги, не сов-
падают друг с другом и
разрез в одном слое при-
ходится на бумагу в другом. Применение подобной изо-
ляции в сочетании с вакуумной обработкой позволяет
вплотную приблизить секции к ярму и значительно сокра-
тить, таким образом, размеры и массу трансформатора.
Рис. 3-8. Двухсекционный трансформатор па
100 кВ с наружной бумажной изоляцией и зазем-
ленной средней точкой.
117
При использовании некоторых высоковольтных 'вы-
прямительных схем главный трансформатор работает
в таких условиях, что один из выводов вторичной обмот-
ки находится по отношению к земле под одинарным,
а другой — под удвоенным напряжением этой обмотки.
Естественно, что такие условия требуют и соответствен-
ного повышения изоляции вторичной обмотки относитель-
но заземленных частей.
Трехфазные главные трансформаторы, используемые
в рентгеновских питающих устройствах с шести- и- две-
надцатифазным выпрямлением, отличаются следующими
особенностями. Магпитопроводы этих трансформаторов
обычно бывают стержневыми. На каждом стержне рас-
полагаются обмотки, относящиеся к одной фазе. Первич-
ные обмотки соединяются в звезду или треугольник.
В трансформаторах, имеющих по одной вторичной обмот-
ке на фазу, эти обмотки соединяются, как правило,
в звезду. При заземлении средней точки распределение
потенциалов относительно земли такое же, как и у одно-
фазного односекционного трансформатора с заземлением
вывода. При заземлении вывода питающего устройства
(в схеме с шестифазным выпрямлением) в каждый пе-
риод имеет место попеременное заземление выводов вто-
ричной обмотки, что, естественно, усложняет изоляцию.
В сдвоенной схеме с шестифазным выпрямлением
(рис. 4-27) трансформатор имеет по две вторичных
обмотки на фазу. Распределение потенциалов и система
изоляции при заземлении средней точки вторичной цепи
оказываются здесь значительно более сложными, чем
в предыдущем случае. Сказанное относится также к схе-
мам с двенадцатифазным выпрямлением (рис. 4-28 и
4-30).
Расчетные значения магнитной индукции и э. д. с. на
виток в трехфазных главных трансформаторах берутся
в тех же пределах, что и для однофазных.
3-3. ПАРАМЕТРЫ L и С ГЛАВНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Параметр R представляет собой в главном трансфор-
маторе суммарное активное сопротивление первичной и
вторичной обмоток. Активное сопротивление первичной
обмотки имеет обычно величину порядка несколько деся-
тых, а для более мощных трансформаторов — нескольких
сотых долей ома. Активное сопротивление вторичной
обмотки колеблется соответственно от нескольких лесят-
118
ков тысяч до нескольких тысяч ом. Суммарное сопротив-
ление трансформатора, приведенное к первичной цепи,
выражается как известно, формулой
R=Ri +R'2,
где Ri — сопротивление первичной обмотки, а
R', = R, рЦ2
— сопротивление вторичной обмотки, приведенное к пер-
вичной цепи. Сопротивление трансформатора, приведен-
ное ко вторичной цепи, равно:
R — R\ +
где
Я'.
2
— сопротивление первичной обмотки, приведенное ко
вторичной цепи, и /?2— сопротивление вторичной обмот-
ки. В суммарном сопротивлении на долю вторичной
обмотки приходится несколько большая часть, чем на
долю первичной. Суммарное активное сопротивление
обмоток трансформатора может быть получено из опыта
короткого замыкания. Раздельно активные сопротивле-
ния обмоток могут быть измерены при постоянном токе.
Параметр L представляет собой индуктивность рас-
сеяния главного трансформатора, которая не может быть
простым путем экспериментально разделена на индуктив-
ности рассеяния первичной и вторичной обмоток. Поэто-
му обычно ограничиваются определением суммарной
индуктивности рассеяния из опыта короткого замыкания.
Индуктивность рассеяния трансформатора, приведенная
ко вторичной цепи, имеет величину порядка десятков и
сотен генри.
Главный трансформатор является звеном главной це-
пи рентгеновского питающего устройства, и его парамет-
ры R и L оказывают влияние на падение напряжения
в этой цепи. В рентгеновских аппаратах интересуются,
как мы знаем, в первую очередь максимумом напряже-
ния на выходе питающего устройства, т. е. на рентгенов-
ской трубке Г Как будет показано в гл. 4, в однофазных
выпрямительных схемах в большинстве случаев влиянием
1 В данной работе под максимумом напряжения или тока пони-
мается максимальное значение за период. В случае чисто переменно-
го напряжения или тока применяется также термин «амплитуда».
119
па этот максимум индуктивности рассеяния главного
трансформатора можно пренебречь. В трехфазных вы-
прямительных схемах индуктивность (рассеяния сказы-
вается более заметно, но 'и здесь три определенных усло-
виях с ней также допустимо не считаться.
Малая роль индуктивности рассеяния (реактивного
сопротивления) является одним из отличий рентгенов-
ских трансформаторов от силовых.
В рентгеновском питающем устройстве ввиду малой
мощности 'и относительно больших сопротивлений вели-
чина тока короткого замыкания существенного значения
не имеет.
Параметр С — это внутренние емкости главного
трансформатора: между вторичной и первичной обмотка-
ми, между вторичной обмоткой и заземленными частями,
между секциями .вторичной обмотки, между соседними
слоями одной секции, между соседними витками. При
рассмотрении этих емкостей первичную обмотку главного
трансформатора можно считать проводником равного по-
тенциала, соединенным с землей. Некоторое представле-
ние о внутренних емкостях трансформатора дает рис. 3-9.
Наличие внутренних емкостей главного трансформа-
тора вызывает в его обмотках некоторый емкостный
Рис. 3-9. Собственные емкости главного трансформатора.
ток. В трансформаторах на 60—120 кВ этот ток невелик
и не превышает в заземляемой точке вторичной обмотки
2—3 мА. Наличие во вторичной цепи рентгеновского пи-
тающего устройства других внутренних емкостей (напри-
мер, емкостей трансформаторов накала или высоковольт-
ных кабелей) несколько увеличивает емкостный ток.
В первичной обмотке емкостный ток, сдвинутый относи-
тельно намагничивающего на половину периода, может
несколько уменьшать последний.
120
Внутренние емкости главного трансформатора наряду
с его индуктивностью рассеяния играют существенную
роль в питающих устройствах па очень высокие напряже-
ния (выполняемых, как правило, в виде моноблоков),
а также и па обычные напряжения при .повышенной ча-
стоте. Внутренние емкости и индуктивность рассеяния
оказывают, кроме того, существенное влияние на пере-
ходные процессы б (питающих устройствах (§ 4-11).
3-4. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О РАСЧЕТЕ ГЛАВНОГО
ТРАНСФОРМАТОРА
Здесь будут кратко изложены общие соображения,
касающиеся расчета главных трансформаторов, в основ-
ном однофазных.
Как уже указывалось в § 3-1, с точки зрения электри-
ческих расчетов питающих устройств рентгеновские аппа-
раты разделяются па две группы. К (первой группе отно-
сятся рентгеподиагностические аппараты, работающие
при полной (мощности кратковременно, ко второй — аппа-
раты других назначений, работающие при полной мощ-
ности повторно-кратковременно и длительно. На такие
же группы можно разделить и главные трансформаторы.
При расчете питающих устройств на первое место
наряду с электрической прочностью выдвигаются: для
первой группы — падение напряжения, для второй груп-
пы— нагрев. То же справедливо и в отношении главных
трансформаторов. Мы остановимся вначале’ на расчете
трансформаторов второй группы, а затем укажем па
отличие расчета трансформаторов первой группы.
При расчете трансформатора второй группы должны
быть заданы:
1) вторичное и первичное напряжения при холостом
ходе;
2) вторичный ток;
3) ток холостого хода и полный первичной ток;
4) потери мощности.
Произведение расчетного вторичного напряжения при
холостом ходе на расчетный вторичный ток по аналогии
с силовыми трансформаторами «можно назвать расчетной
(номинальной) мощностью главного трансформатора:
Ю-3
S(kB-A) =уГЯ2Макс(кВ)/2дейс„ (мА).
121
Таким образом, для трансформаторов второй группы
вместо расчетного вторичного тока можно задавать -рас-
четную мощность.
Расчетное вторичное па-пряжение при холостом ходе
определяется по наибольшему рабочему напряжению на
выходе питающего устройства ((Уа.макс)'
Е ——U
^2 макс— т а.макс*
Коэффициентом р задаются, исходя из предполагае-
мого падения напряжения <в питающем устройстве
(§ 4-9), коэффициент т больше единицы для выпрями-
тельных схем с удваиванием напряжения (табл. 4-1).
Расчетное первичное напряжение выбирают обычно
в пределах 220—380 В, сообразуясь с низковольтными
цепями питающего устройства в целом.
Расчетный вторичный ток определяется анодным то-
ком рентгеновской трубки. В трансформаторах второй
группы, имея в виду напрев, оперируют с действующим
значением тока:
^2 действ —ср*,
численные значения коэффициента k2 указаны в той же
таблице.
Ток холостого хода обычно считают чисто намагничи-
вающим током, пренебрегая активной составляющей тока
холостого хода, создаваемой потерями -в стали. Обычно
его берут равным не более 25—30% нагрузочного тока,
представляющего собой вторичный ток, приведенный
к первичной обмотке:
/' —I w?~
1 2Действ 1 гдейств ’
где w2 и Wi — числа витков соответственно 'вторичной и
первичной обмоток.
Так как максимум намагничивающего тока сдвинут
на четверть периода относительно максимума нагрузоч-
ного тока, то при указанном соотношении токов им мож-
но пренебречь и считать, что полный первичный ток ра-
вен нагрузочному току, т. е.
/ —/ .W.L_
л 1действ л гдейств
Исключением является работа трансформатора при
однополупериодной нагрузке (§ 4-2), когда памагпичи-
122
вающий ток возрастает с нагрузкой, увеличивая тем са-
мым полный первичный ток. Этот последний можно рас-
считать 'По формуле:
г _ Jr w2
* 1 действ 2действ »
где 'коэффициент ki равен примерно 1,5 при магнитной
индукции 1,4—1,8 Т (14—18 тыс. Гс).
Потери б трансформаторе обычно составляют 5—10%
расчетной мощности трансформатора; 70—75% из них
приходится на (потери в стали. Величину потерь ограни-
чивают в первую очередь для того, чтобы не получить
чрезмерного нагрева трансформатора.
Расчет главного трансформатора начинают с выбора
его основных конструктивных форм (его конструктивной
схемы); сюда относятся:
а) вопрос о заземлении средней точки или конца
обмотки;
б) выбор числа секций вторичной обмотки, система
ее изоляции;
в) .выбор типа магнитопровода (броневой, стержне-
вой), форма магнитопровода;
г) размещение обмоток на магнитопроводе.
Конструктивная схема трансформатора выбирается,
исходя из общей компоновки высоковольтного генерато-
ра; творческая фантазия конструктора для удачного ре-
шения этой задачи (.в особенности для моноблоков)
имеет решающее значение. Далее расчет целесообразно
строить так, чтобы быстрее лолучить эскиз трансформа-
тора.
Одним из основных расчетных параметров, характе-
ризующих трансформатор, является э. д. с. па виток
в его обмотках, которая связана <с другими лараметрами
трансформатора соотношением
е=4=4,44-10-ЦВмаксХ(
где f—частота, Гц; ВМакс— магнитная индукция, Т; S —
сечение магнитолровода, см2.
Задаваясь величиной э., д. с. на виток, магнитной
индукцией и плотностью тока в обмотках, можно опреде-
лить остальные параметры, необходимые для составле-
ния эскиза трансформатора.
123
Как уже указывалось, величина э. д. с. на виток
в рентгеновских трансформаторах берется >в пределах от
0,3—0,5 до 2—2,5 В, увеличиваясь с увеличением мощно-
сти трансформатора. Ориентировочные значения э. д. с.
на виток, заимствованные из практики отечественного
рептгеноаннаратостроения, даны в табл. 3-1.
Таблица 3-1
Ориентировочные значения э. д. с. на виток для
главных трансформаторов
Трансферы поры Элек гродвнжу- щая сила на виток, В
Для длительной работы: мощностью 1—2 кВ-А мощностью 2—4 кВ-А Для кратковременной работы: в переносных аппаратах в передвижных и облегченных стаци- онарных аппаратах в стационарных аппаратах средней п большой мощности 1—1,5 1,5—2 0,3—0,5 0,5—1,0 1,5—2,5
Расчетная магнитная индукция для стали Э41 (ГОСТ
802-58) берется порядка 1,3—1,5 Т. Индукцию в ярме
часто уменьшают на 5—10% 'по сравнению с индукцией
в стержне. Сталь Э310 допускает увеличение индукции
примерно на 10% против стали Э41.
Плотность тока при длительной работе, исходя из на-
грева, берется равной 2—3 А/>мм2 для первичной и 1,5—
2 А/мм2 — для вторичной обмотки. На выбор плотности
тока влияют условия теплоотдачи: чем больше поверх-
ность соприкосновения обмоток с маслом и размеры бака
высоковольтного генератора, тем больше может быть
взята плотность тока. Плотность тока * для вторичной
обмотки обычно берется несколько меньшей из-за худ-
шей теплоотдачи через бумажную изоляцию.
Выбран э. д. с. на виток, определяют 'число витков
в первичной и вторичной обмотках. По величине э. д. с.
на виток и магнитной индукций находят при помощи
формулы (3-12) требуемое сечение магнитопровода. Зная
сечение стержня магнитопровода, определяют (с учетом
коэффициента заполнения стали) диаметр описанной
окружности, который дает начальный диаметр обмоток.
124
По заданным значениям токов .находят необходимое се-
чение обмоточных доводов. При выборе проводов ориен-
тируются на нормальные сечения, принятые ib данном
производстве и учитывают технологические соображения.
Так, для вторичных обмоток из-за трудности намотки
обычно берут провод с диаметром не менее 0,07 мм.
При составлении эскиза трансформатора исходят из
принятой конструктивной схемы трансформатора и общей
компоновки высоковольтного генератора, согласуй с по-
следней, .в частности, соотношение сторон окна трансфор-
матора. Первостепенное внимание при составлении эскиза
трансформатора уделяется высоковольтной изоляции вто-
ричной обмотки, поскольку достаточная электрическая
прочность является первым условием доброкачественно-
сти трансформатора.
Укажем основные расчетные данные, касающиеся вы-
соковольтной изоляции и заимствованные из практики
отечественного рентгепоаппаратостроеиия (для напряже-
ния и напряженности имеются в .виду действующие зна-
чения при номинальном режиме):
1. Междуслойное напряжение в секциях вторичной
обмотки обычно берется не выше 1 500 В; дальнейшее
увеличение междуслойного напряжения приводит к худ-
шему заполнению окна трансформатора; не исключено,
однако, что для системы намотки по рис. 3-5,6 могут
оказаться целесообразными и более высокие значения
междуслойного напряжения.
2. Применяемые расчетные напряжения для двух наи-
более распространенных сортов изоляционной бумаги
даны в табл. 3-2.
3. Средняя расчетная напряженность в масле для тех
конфигураций электрического поля, которые характерны
для рентгеновских трансформаторов, равна 1 —1,4 кВ/мм.
Таблица 3-2
Междуслойная изоляция главных трансформаторов
(для междуслойного напряжения до 1 500—2 000 В)
Сорт бумаги Толщина слоя, мм Допустимое напряжение па один слои, В
Телефонная бумага 0,05 250—300
Конденсаторная бумага 0,012 150
То же 0,03 250
125
4. То же в масле, вдоль твердого диэлектрика состав-
ляет 0,5—0,7 кВ/мм.
Для 'перехода от действующих к максимальным зна-
чениям все указанные цифры следует умножить на коэф-
фициент 1,41. Предполагается, что испытательное напря-
жение'превышает поминальное на 30—35%. В случае бо-
лее высоких испытательных 'напряжений приводимые
цифры должны быть соответственно уменьшены.
По готовому эскизу трансформатора определяют:
1) массу активных материалов (стали магнитопрово-
да и меди обмоток);
2) намагничивающий ток;
3) потери в стали и меди;
4) активное сопротивление трансформатора и в слу-
чае необходимости индуктивность рассеяния.
Опыт показывает, что расчес главного трансформато-
ра при указанных плотностях тока приводит к сравни-
тельно небольшой величине его активного сопротивления.
В ряде случаев встает вопрос о включении в главную
цепь питающего устройства дополнительных (успокои-
тельных) сопротивлений.
После составления эскиза и расчета всех параметров
выясняется, соответствует ли рассчитанный вариант транс-
форматора поставленным требованиям. Если он этим
требованиям и удовлетворяет, следует произвести расче-
ты и составить эскизы еще двух-трех вариантов транс-
форматора, варьируя в первую очередь величину э. д. с
на виток и добиваясь минимальных размеров и массы.
При этом следует помнить, что с увеличением э. д. с. на
виток возрастают намагничивающий ток, масса стали и
потери в стали и уменьшаются масса меди и потерн
в меди.
Приведенная методика расчета главного трансформа-
тора, как мы видим, весьма проста. Расчет на нагрев при
длительной работе путем задания лишь допустимой вели-
чины общих потерь и допустимой плотности тока в об-
мотках приводит, несмотря на примитивность, к допусти-
мой нагружеиности трансформатора в тепловом отноше-
нии. Сказанное справедливо как для случая, когда
трансформатор помещается отдельно от рентгеновской
трубки, так и для моноблоков при условии, что тепло,
отдаваемое анодом рентгеновской трубки, отводится не
через общий с трансформатором кожух. В крайнем слу-
чае требуются дополнительные меры по охлаждению ба-
126
ков. Так, в высоковольтных генераторах рентгенострук-
турных и рептгепоспектральпых аппаратов иногда при-
меняется ^водяное охлаждение от водопровода.
Сложнее обстоит дело в случае моноблоков, в кото-
рых рентгеновская трубка имеет анодный радиатор, по-
мещенный и общий с трансформатором объем масла.
В отсутствие дополнительного охлаждения для таких
моноблоков во избежание чрезмерного нагрева обычно
предписываются обязательные перерывы <в работе; дли-
тельности рабочих периодов и перерывов устанавливают-
ся экспериментальным путем.
Таблица 3-3
Предельные допускаемые превышения температур над
температурой окружающего воздуха (ГОСТ 7248-54)
Части рентгеновского аппарата Пределы пре- вышения тем- пературы, °C Метод измерения температуры
Обмотки главных трансформаторов 70 Метод сопро-
и трансформаторов накала в маслона- тивления
полненных высоковольтных генера-
1 OpdX Сердечники тех же трансформато- 75 Термоэлектри-
ров (на поверхности) ческий
Масло в верхних слоях высоко- 60 То же
вольтных генераторов (не в моно-
блоках)
Внешние части моноблоков 60
То же для пультов управления 25
В табл. 3-3 указаны предельно допустимые превыше-
ния температуры частей рентгеновского аппарата над
температурой окружающего воздуха, принятые в отечест-
венном рептгеноаппаратостроении.
Особенности расчета трансформаторов первой группы
вытекают из их основного отличия — кратковременная
(секунды и доли секунды) работа с повышенной мощно-
стью. Как уже указывалось, здесь на первое место вза-
мен нагрева выдвигается расчет падения напряжения.
Номинальная мощность трансформатора при кратковре-
менных нагрузках, рассчитанная по заданному падению
напряжения, в несколько раз больше номинальной мощ-
ности при длительной работе.
При расчете трансформатора первой группы должны
быть заданы:
1) вторичное и первичное напряжения при холостом
ходе;
127
2) вторичный ток;
3) ток холостого хода;
4) активное сопротивление обмоток.
Расчетное вторичное напряжение при холостом ходе
по-прежнему определяется по наибольшему рабочему на-
пряжению на выходе питающего устройства (t/а.макс).
Однако IB мест о коэффициента |3 задают коэффициент а,
учитывающий падение напряжения не только в питаю-
щем устройстве, а также и в сети (§ 3-1):
-Е*2макс “!С&(7а.макс-
' Коэффициент пг для выпрямительных схем, исполь-
зуемых IB питающих устройствах первой группы, равен
единице.
Расчетное 'первичное напряжение выбирают, сообра-
зуясь -по-прежнему ю низковольтными цепями питающего
устройства в целом. Здесь оно также обычно берется
в пределах 220—380 В.
При определении вторичного тока, имея в виду паде-
ние напряжения, оперируют не с действующим, а с ма-
ксимальным (за период) значением:
Лмакс = а.ср*,
численные значения коэффициента /гм для различных вы-
прямительных схем указаны в табл. 4-1.
Ток холостого хода выбирается .в зависимости от
мощности. В малогабаритных моноблоках ток холостого
хода может приближаться к нагрузочному току; это по-
зволяет повышать расчетную магнитную индукцию и
заметно уменьшать размеры и массу моноблока. В аппа-
ратах большой мощности ток холостого хода берут рав-
ным 10—15% нагрузочного тока (имеются в виду дей-
ствующие значения).
Когда оперируют максимальными «(за период) значе-
ниями, то
I ---I
1 1макс — 1 2макс w
Здесь под Лмакс подразумевается мгновенное значение
первичного тока, соответствующее максимуму напряже-
ния. Эта формула справедлива для всех выпрямитель-
ных схем, используемых в питающих устройствах первой
группы, в том числе и для однополупериодной.
128
Расчетное активное сопротивление обмоток главного
трансформатора получается в результате расчета глав-
ной цепи питающего устройства при заданном значении а
(§5-3).
Как и для трансформаторов второй группы, расчет
начинают с выбора основных конструктивных форм
трансформатора (его конструктивной схемы). Все ска-
занное в этом отношении ранее применимо и к транс-
форматорам первой труппы.
Ход расчета в основных чертах остается таким же.
Его ,и здесь строят так, чтобы быстрее получить эскиз
трансформатора. Здесь, однако, наряду с величинами
э. д. с. на виток и магнитной индукции берут не плот-
ность тока в обмотках, а их активное сопротивление.
По готовому эскизу трансформатора определяют
1) массу активных материалов;
2) намагничивающий ток;
3) потери в стали и меди трансформатора
и проверяют активное сопротивление трансформатора,
а в случае необходимости и индуктивность рассеяния.
Далее следует произвести расчеты и составить эски-
зы еще нескольких вариантов трансформатора, добиваясь
минимальных размеров и веса. При этом наряду с вели-
чиной э. д. с. на виток следует варьировать и величину а,
а тем самым и расчетное активное сопротивление транс-
форматора (§ 5-3). Из рассчитанных вариантов выби-
рают оптимальный.
3-5. ГЛАВНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ С ПЕРЕМЕННЫМ
КОЭФФИЦИЕНТОМ ТРАНСФОРМАЦИИ
В подавляющем большинстве случаев регулировка
напряжения на рентгеновской трубке осуществляется
с помощью регулировочного автотрансформатора и глав-
ный трансформатор имеет неизменный коэффициент
трансформации. О таких трансформаторах шла речь
в предыдущих параграфах. Однако в отдельных случаях
для регулировки напряжения используют главный транс-
форматор с переменным коэффициентом трансформации.
Это позволяет отказаться от регулировочного автотранс-
форматора, присоединяя главный трансформатор прямо
к сети, или значительно снизить мощность автотрансфор-
матора, используя его для узкого интервала регулирова-
ния (например, для коррекции напряжения сети). Глав-
9—1434 129
ные трансформаторы с переменным коэффициентом
трансформации имеют отводы от первичной или вторич-
ной обмоток.
Из формулы:
1 Wj
видно, что для понижения вторичного напряжения транс-
форматора с отводами от первичной обмотки число
включенных витков
Рис. 3-10. Сравнение обычного транс-
форматора (а) с трансформатором,
имеющим отводы от первичной об-
мотки (б).
этой обмотки должно
увеличиваться. Рису-
нок 3-10 изображает
схематически обмотки
обычного трансформа-
тора без отводов и до-
полнительную часть
первичной обмотки, ко-
торую следует иметь в
таком же трансформа-
торе с отводами. Чем
больше пределы регу-
лировки, тем больше эта дополнительная часть. Если
должна осуществляться регулировка от половины до пол-
ного напряжения, то общее число (витков удваивается по
сравнению с таким же трансформатором, без отводов;
Рис. 3-11. Трансформаторы с отводами от
вторичной обмотки.
а — с заземлением вывода; б—с заземлением
средней точки.
если напряжение регулируется от трети до полного, то
число витков утраивается и т. д. Увеличение числа вит-
ков первичной обмотки приводит к увеличению размеров
и массы главного трансформатора.
В трансформаторах с отводами от вторичной обмотки
для понижения вторичного напряжения следует присо-
единяться к меньшему числу витков (рис. 3-11). При этом
130
полное число витков вторичной обмотки равно числу
витков у такого же трансформатора без отводов. Равны
у обоих трансформаторов, естественно, и числа витков
первичных обмоток. Поскольку напряжение на первичной
обмотке трансформатора с отводами при регулировке на-
пряжения не меняется, э. д. с. на виток в обеих обмотках
также остается неизменной. Таким образом, на внутрен-
нюю изоляцию вторичной обмотки всегда воздействует
полное напряжение.
Отводы от вторичной обмотки выводятся через торец
секции. Переключение витков производится посредством
специального высоковольтного переключателя, находяще-
гося ъ общем баке с трансформатором в изоляционном
масле и включенного в заземленную точку вторичной
цепи. Во избежание искрового или дугового -разряда
в масле переключение допустимо производить лишь
в отсутствие тока высокого напряжения. Достоинством
трансформатора с отводами от вторичной обмотки явля-
ется то обстоятельство, что с понижением (при регули-
ровке) вторичного напряжения сопротивление трансфор-
матора уменьшается [Л. 92].
3-6. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ВЕНТИЛИ
В качестве высоковольтных вентилей в рентгеновских
питающих устройствах в настоящее время используются
высоковольтные кенотроны и селеновые выпрямители.
Начинают применяться также кремниевые выпрямители.
Кенотрон представляет собой двухэлектродный элек-
тронный -прибор с накаленным катодом. Нить катода
служит источником электронов, которые движутся от ка-
тода !к аноду, когда анод по отношению к катоду имеет
положительный потенциал. При обратном напряжении
движение электронов отсутствует и кенотрон тока не про-
водит.
Кенотрон включается в цепь последовательно с на-
грузкой, которая и определяет величину анодного тока
кенотрона. При прохождении тока в кенотроне имеет ме-
сто падение напряжения. Чем оно больше, тем меньше
напряжение на нагрузке и тем больше выделение мощно-
сти на аноде кенотрона. Поэтому падение напряжения
на кенотронах (как и вообще на электрических вентилях)
стремятся сделать возможно малым.
Обратное напряжение, ложащееся на кенотрон, когда
он не провопит тока, называется также запираемым.
9i: 131
В рептгепоаппаратостроепии в настоящее -время приме-
няются кенотроны, рассчитанные на максимальное запи-
раемое напряжение 100—150 кВ и предназначаемые для
работы в трасформаторном масле (рис. 3-12).
У (высоковольтных кенотронов катодная нить накала
изготовляется или из чистого или из торированного-кар-
Рис. 3-12. Высоко-
вольтный рентгенов-
ский кенотрон на
150 кВ.
ет пить катода. В
бидировапного вольфрама. В пер-
вом случае эмиссионная способность
сравнительно невелика и темпера-
туру нити с увеличением тока на-
грузки приходится повышать (пу-
тем увеличения мощности накала).
Во втором случае нить имеет повы-
шенную эмиссионную способность
и должна работать при неизменной
температуре (примерно 2 000 °C) не-
зависимо от тока нагрузки.
Анод у высоковольтных кенотро-
нов обычно вольфрамовый (ино-
гда— молибденовый) с охлаждени-
ем лучеиспусканием. В некоторых
кенотронах анод и катод распола-
гаются друг против друга, как
в рентгеновских трубках; в этом
случае нить катода размещается
в металлическом цилиндре, электри-
чески с нею соединенном. В других
кенотронах аноду придается горш-
кообразная форма и он сам окружа-
обоих случаях преследуется цель —
экранировать от возможного воздействия внешних элек-
трических полей поток электронов, выходящих из ка-
тода.
На рис. 3-13 представлены примерные сгатические
вольт-амперные характеристики высоковольтного кено-
трона. Для получения минимального падения напряже-
ния'па кенотроне следует обеспечить достаточную эмис-
сионную способность нити катода, чтобы -рабочая область
анодной характеристики была далека от области насы-
щения. При пониженном против номинального режиме
накала рабочая область приближается к этой области.
Это вызывает повышенное падение напряжения на кено-
троне и может привести к его гибели из-за перегрева
анода.
132
Из рис. 3-13 можно сделать заключение, что при пра-
вильном режиме накала сопротивление кенотрона можно
в первом приближении считать линейным, т. е. не завися-
щим от проходящего тока, другими словами, подчиняю-
щимся закону Ома. Падение напряжения на высоко-
вольтном кенотроне, при токах 300—400 мА обычно пе
превышает 1—2 кВ, что соответ-
ствует сопротивлению примерно
2 500—5 000 Ом.
Повышенный против поми-
нального накал нити катода так-
же неблагоприятен для кенотро-
на. При чисто вольфрамовом ка-
тоде он может привести (из-за
перекала нити) к заметному со-
кращению срока службы. У тари-
рованных карбидированных като-
дов повышение накала может на-
рушить тарированный слой на по-
верхности нити, что приведет
к резкому снижению эмиссионной
способности и повышению паде-
ния напряжения на кенотроне.
Основным достоинством' высо-
ковольтного кенотрона как высо-
ковольтного вентиля является от-
носительно малое падение напря-
жения на кенотроне. Егонедостат-
Рис. 3-13. Типичная
вольт-амперная характе-
ристика высоковольтного
рентгеновского кенотро-
на на 100—150 кВ.
ки а) наличие цепи накала, требующей трансформатора
накала (как правило, с высоковольтной изоляцией) и регу-
лировочного устройства для установления нужного режи-
ма накала; б) забота о поддержании этого режима в экс-
плуатации; в) возможность газоотделений в кенотроне,
приводящих к нарушению нормальной работы рентгенов-
ского питающего устройства; г) сравнительно малый
срок службы.
Указанные недостатки заставляли искать другие виды
высоковольтных выпрямителей. Естественно было обра-
титься к полупроводниковым выпрямителям и в первую
очередь — к селеновым, которые уже в первой половине
пятидесятых годов достигли достаточного совершенства
[Л. 93]. В настоящее время селеновые выпрямители по-
лучили в рентгеноаппаратостроении широкое применение.
Е1е останавливаясь на физических процессах, обусловли-
133
вающих их вентильное действие и кратко описанных, на-
пример в [Л. 49], рассмотрим конструкции и основные
свойства.
Предельно допускаемое обратное напряжение одного
элемента в селеновом выпрямителе составляет 30—40 В.
В высоковольтных цепях приходится соединять последо-
вательно несколько тысяч таких элементов, объединяя их
в группы, которые и носят название селеновых выпрями-
телей. В отечественном рентгеноаппаратостроении приме-
няются выпрямители на обратное напряжение 30—50 кВ,
набираемые из элементов, имеющих вид тонких квадрат-
ных пластинок размером до 15X15 мм. Выпрямитель со-
стоит из нескольких столбиков (подгрупп), размещенных
между двумя гетинаксовыми щечками и включенных по-
следовательно. Для обратного напряжения 150—250 кВ
приходится использовать несколько таких выпрямителей,
в свою очередь в последовательном соединении.
Такие выпрямители предназначаются для работы
в трансформаторном масле. Объем, занимаемый ими
в высоковольтном генераторе, примерно такой же, что и
для высоковольтного кенотро-
на на такое же обратное на-
пряжение. Имеются также ма-
логабаритные селеновые вы-
прямители цилиндрической
формы (карандашного типа)
на значительно меньшие токи.
Такие выпрямители использу-
ются в моноблоках.
На рис. 3-14 представлена
примерная вольт-амперная ха-
рактеристика селенового вы-
прямителя на обратное на-
пряжение 50 кВ. Как мы ви-
дим: а) падение напряжения
на селеновом выпрямителе ве-
лико по сравнению с паде-
нием напряжения на высоковольтном кенотроне (доходит
до 3—5% его обратного напряжения) и б) падение на-
пряжения с увеличением выпрямляемого тока (в рабочей
части характеристики) сначала растет быстро, затем рост
замедляется. Таким образом, сопротивление селенового
выпрямителя зависит от выпрямляемого тока, т. е. селе-
новый выпрямитель не подчиняется закону Ома; это
134
селенового выпрямителя па
40-50 кВ.
вызывает нелинейность главной цепи три прохождении
тока и осложняет ее расчет.
Особенностью селеновых выпрямителей ,(как и полу-
проводниковых выпрямителей (вообще) является наличие
некоторой 1ПрО1водимости при обратном напряжении, обу-
словливающей тротекание незначительного обратного
тока. Поэтому вольт-амперная характеристика селеново-
го выпрямителя имеет обратную ветвь, на рис. 3-14 не
показанную, которая (в измененном масштабе) дает за-
висимость обратного тока от обратного напряжения.
Расхождение в ходе обратной ветви для различных эк-
земпляров полупроводникового выпрямителя одного ти-
па может оказаться препятствием для их использования
в последовательном соединении, вызывая неравномерное
распределение обратного напряжения между выпрямите-
лями. Для селеновых выпрямителей это расхождение от-
носительно невелико и не ставит таких препятствий.
В итоге укажем на основные достоинства и недостат-
ки селеновых выпрямителей. Достоинства: а) во много
раз больший срок службы, чем у кенотронов, (позволяю-
щий не менять выпрямителей в течение всего срока
службы высоковольтного генератора, б) отсутствие цепи
накала, а тем самым и заботы о режиме работы выпря-
мителя, в) рентгеновское питающее устройство с селено-
выми выпрямителями работает более устойчиво, чем с вы-
соковольтными (кенотронами. К числу основных недостат-
ков следует отнести: а) повышенное падение напряжения
па выпрямителе (несколько возрастающее к тому же со
временем из-за старения выпрямителя, б) относительно
низкую предельно допустимую температуру нагрева и
в) более высокую по сравнению с высоковольтными ке-
нотронами стоимость.
Последние годы являются периодом быстрого совер-
шенствования кремниевых выпрямителей, их стали
использовать в высоковольтных конструкциях [Л. 94].
Основные достоинства этих выпрямителей: а) столь же
высокий, как и у селеновых выпрямителей, срок службы,
б) относительно малое падение напряжения и в) значи-
тельно более высокая предельно допустимая рабочая
температура (130—150 °C). Допускаемое обратное напря-
жение кремниевого выпрямителя составляет 800—1 200 В
и для достижения обратных напряжений 150—250 кВ
приходится также соединять последовательно большое
количество выпрямителей. Между тем обратные ветви
135
вольт-амперной характеристики отдельных экземпляров
разнятся настолько сильно, что требуется дополнитель-
ный делитель для выравнивания обратного напряжения
между выпрямителями. Другим недостатком является (по-
ниженная устойчивость при перенапряжениях. В рентге-
иоаппаратостроении начали применять высоковольтные
кремниевые выпрямители, в «которых равномерное рас-
пределение обратного напряжения вдоль цепочки элемен-
тов обеспечивается свойствами, 'приданными самим эле-
ментам [Л. 95]. 4
3-7. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
Наряду с главным трансформатором обязательным
элементом высоковольтного генератора является транс-
форматор накала рентгеновской трубки. Двух этих эле-
ментов достаточно, чтобы рентгеновская трубка могла
генерировать рентгеновские лучи, работая на переменном
напряжении. Как правило, в этом случае высоковольтный
генератор строится ib виде моноблока, т. е. в общем ко-
жухе с упомянутыми элементами размещается также и
рентгеновская трубка.
В большинстве случаев, однако, предпочитают, чтобы
рентгеновская трубка работала па выпрямленном напря-
жении, пульсирующем или даже сглаженном, для чего
высоковольтный генератор должен содержать также вы-
соковольтные вентили, а для сглаживания напряжения и
высоковольтные конденсаторы. В этом случае его чаще
размещают в отдельном от рентгеновской трубки кожухе,
вернее, баке. Если в качестве высоковольтных вентилей
используются высоковольтные кенотроны, то (возникает
необходимость в дополнительных трансформаторах на-
кала. Если высоковольтный генератор предназначается
для питания двух (и более) рентгеновских трубок, то
в высоковольтном генераторе размещается также высоко-
вольтный переключатель для попеременного включения
трубок. Ранее уже были рассмотрены главные трансфор-
маторы и высоковольтные вентили. Сейчас мы остано-
вимся вкратце на трансформаторах накала и высоко-
вольтных конденсаторах.
Мощность, потребная для накала нити катода рентге-
новской трубки, обычно составляет несколько десятков
ватт; для высоковольтных кенотронов она не превышает
100—150 Вт. Мощность трансформатора накала, следо-
136
вателыю, невелика. Вторичное напряжение не превышает
15—20 В; первичное напряжение обычно берется в пре-
делах 110—220 В. Основной особенностью трансформато-
ра накала является высокая изоляция вторичной обмотки
от земли и первичной обмотки, так как вторичная обмот-
ка, как правило, находится по отношению к земле под
высоким напряжением. Регу-
лировка накала производит-
ся обычно изменением пер-
вичного напряжения транс-
форматора накала. Типичная
конструкция трансформато-
ра накала представлена на
рис. 3-15.
Расчетная магнитная ин-
дукция в трансформаторах
накала берется 1,3—1,5 Т
(13—15 тыс. Гс), а иногда и
больше. Если питание нака-
ла осуществляется через фер-
рорезонансный стабилиза-
тор, то берется несколько по-
ниженная индукция. Высокие
Рис. 3-15. Трансформатор нака-
ла с изоляцией па ПО кВ отпо-
значения индукции здесь
нерациональны потому, что,
увеличивая намагничиваю-
щий ток, они загружают ста-
билизатор дополнительной
ситсльно земли.
1 — первичная обмотка; 2 — вторич-
ная обмотка; 3 — бумажная изоля-
ция; 4 — дополнительный барьер из
электрокартона.
реактивной мощностью, что требует увеличения мощно-
сти стабилизатора. Плотность тока в обмотках трансфор-
матора накала при длительной работе допустимо брать
до 3—3,5 А/мм2. При проектировании высоковольтной
изоляции можно использовать соображения, высказан-
ные в § 3-4 относительно главных трансформаторов.
Высоковольтные конденсаторы, применяемые в рент-
геновских высоковольтных генераторах для сглаживания
напряжения на выходе (иногда одновременно и для
удваивания напряжения главного трансформатора),
•обычно относятся к типу бумажно-масляных или бумаж-
но-бакелитовых. Они имеют в зависимости от напряже-
ния и мощности высоковольтного генератора номиналь-
ное напряжение в пределах 25—100 кВ и емкость
в пределах 0,01—0,1 мкФ. Строго говоря, наряду с номи-
нальным напряжением следует указывать и допустимую
137
пульсацию или амплитуду переменной составляющей,
которая обычно в несколько раз меньше самого напря-
жения 4.
Бумажно-масляные конденсаторы бывают двух типов.
Конденсаторы первого типа состоят из ряда последова-
тельно соединенных секций, па каждую из ,которых при-
ходится лишь небольшая часть (порядка 3 кВ) полного
напряжения. Секции наматываются из специальной кон-
денсаторной бумаги, между слоями которой проложена
фольга, служащая обкладками. Секции заключены в бу-
мажно-бакелитовый цилиндр, служащий кожухом; флан-
цы конденсатора являются одновременно его .выводами.
Собранный конденсатор заливается под вакуумом транс-
форматорным маслом специальной очистки, имеющим
повышенную электрическую прочность (до 60 кВ дейст-
вующего’значения па 2,5 мм в стандартном разряднике).
При заливке масло проникает в промежутки между бу-
магой и фольгой и пропитывает бумагу.
Такие конденсаторы могут работать на воздухе.
В рентгеновских высоковольтных генераторах они распо-
лагаются в общем баке с другими элементами генерато-
ра. Герметичное уплотнение конденсатора препятствует
смешению масел. Это необходимо из-за того, что элек-
трическая прочность масла в высоковольтном генераторе
ниже, чем в конденсаторе.
В бумажно-масляных конденсаторах второго типа
между обкладками действует полное напряжение конден-
сатора. Обкладки — плоские, изготовляются из фольги и
имеют прямоугольную форму. Они разделяются бумаж-
ной изоляцией, число их зависит от емкости конденсато-
ра. Собранный конденсатор стягивается изоляционными
накладками и размещается в общем баке с другими эле-
ментами высоковольтного генератора. При вакуумной
заливке и пропитке масло свободно проникает между
слоями бумаги.
Бумажно-бакелитовые конденсаторы выполняются
обычно в виде бумажно-бакелитовой втулки или бумаж-
но-бакелитового полого цилиндра, в толще стенок кото-
рого находятся цилиндрические же обкладки из фольги.
1 В рентгеновских аппаратах под пульсацией принято понимать
разность между максимальным и минимальным значениями пульси-
рующего напряжения. Таким образом, пульсация в 2 раза больше
амплитуды переменной составляющей, если считать, что переменная
составляющая симметрична относительно своей нулевой линии.
138
Цилиндр спрессован так плотно, что -масло не проникает
между слоями бакелиз'иро!вапной бумаги.
Физико-химические свойства и методы испытания
трансформаторного масла, которым заполняется бак вы-
соковольтного генератора, описываются ,в специальных
руководствах и справочниках. Мы лишь отметим, что
требуемая электрическая прочность трансформаторного'
масла в высоковольтных генераторах рентгеновских
аппаратов .может быть (весьма различной. Для многих
высоковольтных генераторов (не моноблоков) можно до-
пускать в эксплуатации понижение электрической проч-
ности трансформаторного масла до 18—20 кВ действую-
щего значения на 2,5 мм при испытании в стандартном
разряднике. При заливке бака свежим трансформатор-
ным маслом прочность масла должна быть не менее
35—40 кВ. Масло следует заливать в горячем виде; при
этом необходимо учитывать, что прочность его после
остывания снижается раза в полтора. Если заливка мас-
лом производилась не под вакуумом, то высоковольтный
генератор после заливки должен еще постоять не менее
суток, прежде чем он будет включен под напряжение.
Это необходимо, чтобы дать возможность маслу пропи-
тать все части. Для предотвращения постепенной порчи
масла от соприкосновения со стальным баком внутренние
стенки бака покрываются бакелитовым лаком.
При работе высоковольтный генератор разогревается
и объем, занимаемый маслом, возрастает. Чтобы масло
могло свободно расширяться, объем бака берется с не-
которым запасом и наполняется маслом не полностью,
так что между поверхностью масла и крышкой остается
воздушный слой, равный при холодном масле 10—20 мм.
Подобная система маслорасширения обязывает устанав-
ливать бак строго горизонтально. Все части высоковольт-
ного генератора обычно монтируются па крышке бака.
Поднимая крышку, мы открываем доступ ко всем частям,
не нарушая монтажа. Такая конструкция удобна для
сборки и ремонта.
На рис. 3-16 изображен высоковольтный генератор оте-
чественного рентгенодиагностического аппарата РУМ-16
на 150 ;кВ, 250 мА и 100 кВ, 650 мА, работающий по
схеме с двенадцатифазным выпрямлением. Здесь глав-
ный трансформатор укреплен в нижней части бака, селе-
новые выпрямители и другие части генератора—на верх-
ней крышке. На промежуточной панели имеются пере-
139
ходные контакты, соединяющие главный трансформатор
с выпрямителями. Такая конструкция, облегчая крышку
с укрепленными на ней частями, одновременно позволяет
отдельно испытывать полностью смонтированный глав-
ный трансформатор.
Рис. 3-16. Высоковольтный генератор трехфазного
/ — главный трансформатор; 2 — переходные контакты; 3 — селеновые выпрями
5 — высоковольтные выключатели для попеременного включения трех рентгенов
Высоковольтные генераторы в виде моноблоков при-
меняются почти исключительно в переносных и пере-
движных рентгенодиагностических и рентгенодефектоско-
пических аппаратах. В первом случае они строятся на
напряжения от 50 до 125 кВ, во втором случае — на на-
пряжения от 100 до 400 кВ. В первом случае в качестве
140
высоковольтной изоляции используется трансформатор-
ное масло, iBO втором — газ 1под давлением1. Имеются
моноблоки (с газовой изоляцией) на напряжения 1 000—
2 000 кВ. Они используются в реитгенотерапевтических
А-А
54-8
рентгенодиагностическсто аппарата РУМ-16.
тели; 4 — трансформаторы накала рентгеновской трубки;
ских излучателей; 6 — гнезда высоковольтных кабелей.
и (преимущественно) в рентгенодефектоскопических
аппаратах.
Рентгеновская трубка, как правило, работает в моно-
блоках на 'переменном напряжении. Имеются, однако,
1 В 30-х гг. до появления маслоупорной резины в моноблоках
применялось также касторовое масло [Л. 96].
141
моноблоки, в которых трубка работает па пульсирующем
и даже сглаженном напряжении. В этом случае моно-
блок должен содержать, естественно, (выпрямители, а для
получения сглаженного напряжения — и конденсаторы.
Остановимся на моноблоках с масляной изоляцией.
Моноблок (как и рентгеновский излучатель в виде за-
щитного кожуха с трубкой) в зависимости от требуемого
направления пучка рентгеновских лучей (может занимать
самые различные положения. Масло, следовательно,
всегда должно занимать весь объем. Наличие сколько-
нибудь значительных воздушных пузырей еще более
опасно, чем наличие их ib отдельном защитном кожухе,
так как внутри находятся также высоковольтный транс-
форматор и трансформатор накала, изоляция которых
легко может быть повреждена пробоем через воздушный
пузырек даже небольшой величины. Рентгеновская труб-
ка обычно крепится в моноблоке таким образом, чтобы
смену ее можно было производить, не вынимая транс-
форматоров из кожуха; моноблоки наполняются маслом
под вакуумом и выемка трансформаторов из масла не-
желательна.
В моноблоках (как и в защитных кожухах) обычно
применяются маслорасширители с переменным объемом,
металлические или резиновые. Заполнение моноблока
изоляционным маслом должно производиться при строго
определенных условиях, чтобы обеспечить маслорасшири-
телям (как и в случае отдельного защитного кожуха)
нормальную работу. После наполнения блок-трансформа-
тора маслом принимаются меры к удалению из его
объема всех остатков (воздуха.
На рис. 3-17 представлен моноблок отечественного
разборного рентгенодиагностического аппарата РУМ-4М
на 100 кВ, 40 мА. В моноблоке используется рентгенов-
ская трубка типа З-БДМ-100, работающая на перемен-
ном напряжении. У главного трансформатора заземлена
средняя точка (трансформатор более подробно изобра-
жен на рис. 3-8). Масса моноблока — 30 кг.
Рентгеновская трубка закреплена на специальном
держателе из пластмассы и вынимается из моноблока
вместе с этим держателем. Выемка трубки производится
через специальный торцовый люк, расположенный с анод-
ной стороны моноблока. Металлический маслорасшири-
тель типа сильфона обеспечивает нормальное «дыхание»
в пределах 100 °C. При постановке трубки маслорасши-
142
ритель устанавливается (при 'помощи специального уста-
новочного ’винта) па (верхний предел температуры 60—
70 °C. В случае превышения верхнего (предела температу-
ры специальный автоматический выключатель под воз-
действием маслорасширителя приводит в действие
звуковой сигнал, находящийся в пульте управления.
Моноблок «Нанофос», выпускаемый фирмой Сименс,
входит в состав нескольких типов рентгенодиагностиче-
Рис. 3-17. Моноблок отечественного рентгенодиагностического аппа-
рата РУМ-4М па 100 кВ.
/ — главный трансформатор; 2 — трансформатор накала; 3 — рентгеновская
трубка; 4 — маслорасширитель.
ских аппаратов: палатного, разборного, облегченного
стационарного и флуороцрафического. Предельные элек-
трические режимы моноблока—125 кВ, 50 мА и 65 кВ,
100 мА. В моноблоке используется рентгеновская трубка
с вращающимся анодом, имеющая фокус 0,8X 0,8 мм.
В моноблоке применена двухполупериодная мостовая
схема выпрямления с заземлением средней точки; (в ка-
честве высоковольтных вентилей использованы малогаба-
ритные селеновые выпрямители «карандашного» типа.
Масса моноблока — 27 кг.
На рис. 3-18 изображен отечественный моноблок,
предназначаемый для разборного рентгенодиагностиче-
ского аппарата повышенной мощности [Л. 97]. Предель-
ные режимы моноблока —125 кВ, 100 мА и 90 кВ,
150 мА. В моноблоке используется рентгеновская трубка
с вращающимся анодом типа 6-Ю-БД-125 с фокусами
0,8X0,8 и 1,5X1,5 мм. Трансформатор накала специаль-
ной конструкции позволяет осуществлять попеременное
143
питание нитей катода в зависимости от выбранного фо-
куса. Масса .моноблока — 37 кг.
Ila рис. 3-19 представлен моноблок отечественного
рентгеиодефектоскопического аппарата РУП-200-5 на
200 кВ, 5 мА. Рентгеновская трубка типа 0,7-БПМ-200
имеет радиаторное охлаждение. Для повышения теплоот-
дачи радиатора крыльчатка, приводимая в действие
Рис. 3-18. Моноблок отечественного ;рентгенодиагностического аппа-
рата РУМ-15 на 125 кВ.
1 — рентгеновская трубка с вращающимся анодом; 2 — статор вращающегося
анода; 3 —главный трансформатор и селеновые выпрямители в общей бумаж-
ной изоляции; 4 — сердечник главного трансформатора; 5 — первичная обмотка
главного трансформатора; 6 — вторичная обмотка главного трансформатора;
7 — селеновые выпрямители «карандашного» типа; 8 — трансформатор накала;
9 — крышка для выема рентгеновской трубки.
электродвигателем, 1создает принудительный поток мас-
ла, обтекающий радиатор. Дополнительно моноблок мо-
жет охлаждаться проточной водой, пропускаемой через
змеевик, размещенный в нижней части моноблока. Моно-
блок рассчитан на повторно-кратковременную работу;
водяное охлаждение позволяет сокращать перерывы.
В моноблоке имеется автоматический выключатель, ко-
торый отключает высокое напряжение, если температура
масла в моноблоке превысит допустимый уровень. Масса
моноблока — 88 кг (вместе с арматурой, укрепленной на
моноблоке и служащей для его переноски).
В последние годы в малогабаритных моноблоках ренг-
генодефектоскопических аппаратов начали применять
вместо масляной тазовую изоляцию, в частности газ SF6
144
о
1434
Рис. 3-19. Моноблок отечественного рентгенодефектоскопического аппарата РУП-200-5 на 200 кВ.
/ — главный трансформатор; 2 — трансформатор накала; 3 — рентгеновская трубка; 4 — радиатор рентгеновской трубки;
5 — электродвигатель с крыльчаткой; 6—змеевик водяного охлаждения.
под давлением около
100 H/см2 (в сверхвы-
•соковольтных монобло-
ках газовую изоляцию
стали применять срав-
нительно давно, см.
§ 6-1). Пр имепение га-
зовой изоляции способ-
ствует уменьшению мас-
сы моноблока. Моно-
блок перед заполнени-
ем газом тщательно ва-
куумируется. Такая
процедура осуществля-
ется как при выпуске
моноблока заводом,
так и при смене рент-
геновской трубки.
На рис. 3-20 пред-
ставлен моноблок с га-
зовой изоляцией, вхо-
дящий в состав рентге-
подефектоскоппческого
аппарата «Бальтограф
ЗОО/ЗР» па 300 кВ бель-
гийской фирмы Бальто.
Моноблок содержит
два высоковольтных
трансформатора, каж-
дый на 150 кВ, распо-
ложенных в торцах.
Рентгеновская трубка
для «панорамного про-
свечивания» располо-
жена в средней части
моноблока. Помимо
кольцевого пучка лу-
чей можно использо-
вать и направленный.
Для этого на моноблок
надевается свинцовый
защитный экран, задер-
живающий часть коль-
цевого пучка. Трубка
146
имеет радиаторное охлаждение. Кроме того, моноблок
имеет водяное охлаждение. Масса моноблока — 65 кг,
арматуры для переноски—13 кг.
3-8. РЕГУЛИРОВКА НАПРЯЖЕНИЯ НА ТРУБКЕ
И ТОКА ТРУБКИ
этой цели используют:
Рис. 3-21. Включение регулиро-
вочного автотрансформатора.
ПН — переключатель напряжения;
КС — корректор напряжения сети.
Как уже указывалось, высокое напряжение, подводи-
мое к рентгеновской трубке, обычно регулируется при
помощи автотрансформатора с переменным коэффициен-
том трансформации, включаемого 1в первичную цепь
главного трансформатора. Г
а) регулировочные авто-
трансформаторы с отводами
для ступенчатого изменения
напряжения с помощью пе-
реключателя и б) регулиро-
вочное автотрансформаторы
со щетками, движущимися
по обмотке, для плавного
изменения напряжения.
Принципиальная схема
включения регулировочного
автотрансформатора с от-
водами изображена па
рис. 3-21. Первичная обмот-
ка высоковольтного транс-
форматора при помощи пе-
реключателя может присо-
единяться к различным от-
водам автотрансформатора. Чем к большему числу вит-
ков автотрансформатора присоединяется главный транс-
форматор, тем выше анодное напряжение трубки.
Автотрансформатор позволяет присоединять аппарат
к электрическим сетям (или иным источникам перемен-
ного тока) с различным номинальным напряжением. Он
служит также для питания вспомогательных цепей рент-
геновского питающего устройства (цепей накала рентге-
новской трубки и кенотронов, цепей управления и т. д.),
напряжение которых в ряде случаев отличается от сете-
вого.
Сетевое напряжение колеблется вследствие общих
изменений нагрузки сети. Влияние длительных изменений
может быть устранено «коррекцией», т. е. «исправле-
10* 147
нием», напряжения сети с помощью дополнительного
переключателя (корректора), посредством которого один
из проводов подводящей линии присоединяется к авто-
трансформатору. При понижении напряжения сеть при-
соединяется к ’меньшему 'числу витков, при повышении —
к большему. Таким образом, э. д. с. на виток поддержи-
вается постоянной.
Если длительность работы рентгеновского аппарата
не слишком мала, то коррекция напряжения сети позво-
ляет компенсировать как падение напряжения, вызывае-
мое какими-либо другими потребителями энергии, пи-
тающимися от той же электрической сети, так и данным
рентгеновским аппаратом. При рентгенодиагностических
снимках выдержки столь малы, что коррекция напряже-
ния сети не может служить для компенсации падения
напряжения, вызываемого самим аппаратом.
Регулировочные автотрансформаторы выполняются
обычно сухими (воздушными), с замкнутым магнитопро-
водом. Магнитопровод собирается в переплет из листов
обычной трансформаторной стали и делается как пра-
вило стержневым. В автотрансформаторах, предназна-
чаемых для длительной работы, во избежание сильного
нагрева индукцию не рекомендуется брать более 1,2—
1,4 Т (12—14 тыс. Гс). При кратковременной работе до-
пустима и более высокая индукция; э. д. с. на виток для
уменьшения намагничивающего тока берут несколько
меньшей, чем.у главного трансформатора.
Обмотка автотрансформатора выполняется обычно из
провода с хлопчатобумажной (иногда с эмалевой) изо-
ляцией. При малой мощности применяется провод с круг-
лым сечением, при большей —с прямоугольным. Хотя
токи в различных частях обмотки могут быть весьма
различными, сечение провода из технологических сообра-
жений берется обычно одинаковым по всей длине намот-
ки. Плотность тока в наиболее нагруженной части обмот-
ки при длительной работе обычно не превышает 1,5—
2 А/мм2. Обмотка наматывается в несколько слоев на
изоляционную втулку, которая затем надевается на маг-
нитопровод. Отводы выводятся либо в виде петель того
провода, которым производится намотка, либо полос-
ками латуни или красной меди, припаиваемыми к со-
ответствующим виткам. Для повышения электрической
и механической прочности обмотка подвергается про-
питке.
148
Остановимся на переключателях, посредством кото-
рых осуществляется переход от одного отвода автотрапс.
форматора к другому. Если переключатель имеет одну
щетку, то при ее переходе с одного контакта на другой
(рис. 3-22) происходит разрыв цепи первичной обмотки
высоковольтного трансформатора. Это вызывает большие
Рис. 3-22. Работа переключателя.
скачки регулируемого напряжения, что ведет к появле-
нию перенапряжений. Кроме того, при разрыве цепи меж-
ду щеткой и контактом возникает дуга, которая подплав-
ляет как щетку, так и контакт и ухудшает тем самым
работу переключателя. Поэтому он имеет обычно две
щетки, соединенные через
межконтактное сопротив-
ление 7? (рис. 3-22). Щет-
ка '51 является рабочей
щеткой, щетка S2 — вспо-
могательной. Рабочая
щетка 'стоит на рабочем
контакте, вспомогатель-
ная— на холостом, нахо-
дящемся в промежутке
между рабочими; при дви-
жении щеток ток коротко-
го замыкания витков ав-
тотрансформатора, за-
ключенных между контак-
тами Ci и С2, ограничен
Рис. 3-23. Конструкция переклю-
чателя.
межконтактным сопротивлением /?.
Типичная конструкция переключателя приведена на
рис. 3-23. Контакты большего диаметра 1 являются ра-
бочими, меньшего 2 — холостыми. Чтобы ось /коммутато-
ра не находилась под напряжением, имеется токосъем-
ное кольцо <?. Щетки 4 вместе с межкоптактпым сопро-
тивлением 5 укреплены на гетппаксовой планке и
перемещаются при повороте оси, которая снабжается
149
рукояткой. Материалом для щеток служит красная медь,
для контактов — латунь. Конструкция 'переключателя
обычно предусматривает фиксацию щеток в рабочем по-
ложении: в описываемой конструкции фиксатор располо-
жен на задней стороне переключателя. Наличие фикса-
ции позволяет рассчитывать межконтактное сопротивле-
ние лишь на 'кратковременный ток. Поэтому при
случайной задержке щеток в промежуточном положении
оно может перегореть.
В настоящее время во многих отраслях электротехни-
ки, в том числе и в рентгеноаппаратостроении, широко
применяются регулировочные автотрансформаторы со
щеточным контактом, движущимся по зачищенной обмот-
ке. Такие автотрансформаторы иногда называют варна-
ками; в отечественном рентгеноаппаратостроении авто-
трансформаторы со щеточным контактом получили на-
именование вариаторов.
Рассмотрим особенности вариаторов. Та часть обмот-
ки вариатора, 'которая предназначается для регулировки
напряжения, обязательно должна быть в верхнем ряду
намотки. При регулировке напряжения от нуля на стерж-
не магнитопровода вообще должен быть всего один ряд.
Так как вариаторы обычно предназначаются для широ-
Селпь Сеть
Рис. 3-24. Включение однофаз-
ного .и трехфазного вариаторов.
кого интервала регулирова-
ния, то следует принять ме-
ры, чтобы вариатор не был
слишком длинным. Помимо
чисто конструктивных не-
удобств 'большая длина при-
водит к повышенной индук-
тивности рассеяния, обуслов-
ливаемой недостаточной маг-
нитной связью между частя-
ми обмотки, разделяемыми
щеточным контактом.
Длину вариатора удает-
ся уменьшить применением
(для интервала регулирования) прямоугольного провода,
укладывающегося на узкое ребро. Отношение сторон
у такого провода берется не более 1 : 8. Кроме того,
обмотку обычно распределяют между стержнями магни-
топровода (рис. 3-24); по каждой части обмотки движет-
ся отдельная щетка, причем щетки приводятся в движе-
ние одновременно.
150
В отечественных вариаторах обычно применяются
круглые графитовые щетки, 'катящиеся по обмотке. Для
правильной работы щеточного контакта давление на щет-
ку должно нормироваться в определенных пределах. При
пониженном давлении чрезмерно возрастает переходное
сопротивление рабочему току, при повышенном давлении
чрезмерно понижается сопротивление току виткового за-
мыкания. И то и другое приводит к перегреву щетки.
Давление на щетку задается пружиной, имеющейся на
щеткодержателе.
Расчетное значение магнитной индукции в вариаторах
берется в тех же пределах, 'что и в автотрансформаторах
с отводами; э. д. с. на виток берется меньшей (до
1,5 В/виток) для ограничения тока виткового замыкания
через щетку.
Остановимся на параметрах R и L — активном сопро-
тивлении и индуктивности рассеяния—регулировочного
автотрансформатора. Когда говорят о сопротивлении
автотрансформатора (активном или реактивном), обычно
имеют в виду сопротивление короткого замыкания, кото-
рое принято называть проходным сопротивлением авто-
трансформатора. Проходное сопротивление регулировоч-
ного автотрансформатора изменяется при регулировке
из-за изменения коэффициента трансформации.
Проходное сопротивление понижающего автотранс-
форматора, приведенное к его первичной цепи и выра-
женное в комплексной форме,
можно представить формулой1 -—-------к-
— w2 \ 2
Z1> ^2
(рис. 3-25,а). Учитывая лишь ак-
тивную составляющую, имеем
Рис. 3-25. к расчету про-
ходного сопротивления
автотрансформатора.
Формула для сопротивления, приведенного ко вторич-
ной цепи, получается, как и для трансформатора, умно-
жением сопротивления, приведенного к первичной цепи,
1 Эта и последующие формулы получены из выражений для про-
ходного сопротивления автотрансформатора, приведенных в [Л. 98].
151
па квадрат коэффициента трансформации:
Проходное сопротивление 'повышающего автотранс-
форматора, приведенное к его первичной цепи, можно
представить формулой
za = z. (^\2 + zД ~ w' А2
А ^2 ) ‘ 1 \ ^2 J
(рис. 3-25,6). Учитывая по-прежнему лишь активную со-
ставляющую, имеем
р____р ( \2 \р ( \2
^а--Кд +/< ,
а для сопротивления, приведенного ко вторичной цепи,
На рис. 3-26 представлено в относительных единицах
изменение активной составляющей проходного сопротив-
0,5 1,0 1-5
а)
проходного сопротивле-
ния автотрансформатора
от коэффициента транс-
формации.
а — сопротивление авто-
трансформатора приводится
к его первичной цепи; б —
сопротивление автотранс-
форматора приводится к его
вторичной цепи.
ления регулировочного автотранс-
форматора в зависимости от его
коэффициента трансформации в
предположении, что активное со-
противление самой обмотки изме-
няется равномерно от витка к вит-
ку вдоль всей обмотки. За едини-
цу принято активное сопротивле-
ние той части обмотки, к которой
присоединяется сеть.
В регулировочных автотранс-
форматорах индуктивностью рас-
сеяния интересуются в 'большей
мере, чем в главных трансформа-
торах, поскольку она здесь (в ча-
стности, в вариаторах) может
иметь большую величину. Индук-
тивность рассеяния регулировоч-
ного автотрансформатора сказы-
вается также на напряжении пи-
таемых им вспомогательных це-
пей. Для уменьшения индуктив-
ности рассеяния в вариаторах
иногда прибегают к дополнитель-
ным компенсационным обмоткам,
152
располагаемым под основными. Применение компенсаци-
онных обмоток обязательно в трехфазпых вариаторах,
используемых в питающих устройствах с шести- и две-
надцатифазным выпрямлением.
Для трехфазных питающих устройств целесообразна
также схема, изображенная па рис. 3-27, в которой, пе-
реключая регулировочный автотрансформатор со звезды
на треугольник (и наоборот), автоматически производят
переключение обмоток
трансформатора. Та-
кая схема способствует
экономии меди в авто-
трансформаторе и вы-
равнивает падение на-
пряжения при переходе
от одного сетевого на-
пряжения к другому.
Ее недостатком явля-
ется отсутствие общих
питающих проводов у
первичных обмоток
главного трапсформа-
Рис. 3-27. Схема одновременного пе-
реключения регулировочного авто-
трансформатора и главного транс-
форматора с треугольника на звезду.
тора.
Все сказанное о регулировке напряжения па трубке
правомерно для рентгеновских аппаратов всех назна-
чений. Особенно регулировки напряжения в рентге-
нодиагностических аппаратах рассматриваются в
§ 5-5.
Переходя к регулировке анодного тока рентгеновской
трубки, напомним, что опа осуществляется изменением
тока накала трубки путем изменения первичного напря-
жения трансформатора накала. Наиболее распростра-
ненным способом является включение регулировочного
реостата последовательно с первичной обмоткой транс-
форматора накала. Так как анодный ток трубки зависит
от тока накала в очень сильной степени, и если желают
иметь плавное изменение анодного тока, сопротивление
регулировочного реостата должно изменяться также
очень плавно. Конструкции реостатов, осуществляющих
плавную регулировку, весьма разнообразны. Материа-
лом для реостатов обычно служит константан, удельное
сопротивление которого почти не зависит от температу-
ры. Особое внимание обращается па надежность под-
вижного контакта.
153
Для плавного изменения анодного тока трубки .мож-
но использовать также вариатор, осуществляющий регу-
лировку высокого напряжения. Первичная обмотка
трансформатора накала питается при этом через допол-
нительный щеточный контакт на вариаторе, передвигаю-
щийся независимо от щеточного контакта, регулирующе-
го напряжение на трубке. В этом случае нельзя исполь-
зовать в цепи накала феррорезонансный стабилизатор.
В питающих устройствах с заданными уставками
анодного тока трубки применяют ступенчатую регули-
ровку. Для каждого тока имеется свое, заранее подго-
няемое сопротивление, и переход с одного тока на дру-
гой осуществляется переключением сопротивлений.
В питающих устройствах рентгенодиагностических
аппаратов должен предусматриваться (для прицельных
снимков) быстрый переход от просвечивания к снимку
и наоборот, требующий и быстрого изменения режима
накала нити катода рентгеновской трубки. Тепловая
инерция нити такова, что время становления темпера-
туры нити определяет наряду со временем разгона ано-
да (у трубки с вращающимся анодом) минимально до-
пускаемое время перехода, равное 0,8—1,2 с*.
Интересно отметить, что использование сопротивле-
ний для подготовки под заданный режим накала приво-
дит к замедлению нарастания температуры нити. Дейст-
вительно, сопротивление нити не остается неизменным,
а увеличивается с нагревом. Поэтому в первые моменты
перехода на подгоночное сопротивление приходится
большая, а на нить — меньшая доля напряжения, чем
после установления температуры, что и вызывает ука-
занное замедление. Чтобы его избежать или ослабить,
можно использовать для подгонки отдельный маломощ-
ный автотрансформатор с отводами, к которым (непо-
средственно или через незначительные сопротивления)
присоединять первичную обмотку трансформатора на-
кала.
3-9. ВКЛЮЧЕНИЕ И ОТКЛЮЧЕНИЕ ПИТАЮЩЕГО
УСТРОЙСТВА
Включение рентгеновского питающего устройства
обычно осуществляется тремя ступенями:
1) включается сетевое напряжение;
* В это же время происходит подача кассеты в облучаемое поле
при прицельных снимках.
154
2) включается накал рентгеновской трубки (и высо-
ковольтных кенотронов);
3) включается высокое напряжение.
Электрическая схема питающего устройства преду-
сматривает, как правило, указанную последовательность
включения; таким образом, становится, например, невоз-
можным включить высокое напряжение в отсутствие на-
кала. Отключение производится в обратном порядке.
Насос, охлаждающий анод рентгеновской трубки,
обычно присоединяется таким образом, что он начинает
работать, как только включается сетевое напряжение.
Это объясняется необходимостью охлаждения анода не
только во время работы трубки, но и в перерывах, когда
высокое напряжение и накал должны быть отключены.
Иногда имеется реле задержки, которое автоматически
отключает насос через 5—10 мин после отключения вы-
сокого напряжения.
Включение сетевого напряжения осуществляется при
помощи сетевого выключателя (или сетевого рубильни-
ка), обычно располагающегося на специальном настен-
ном щитке. В передвижных и переносных аппаратах
для присоединения к сети часто применяется штепсель-
ное соединение.
Включение накала рентгеновской трубки (и высоко-
вольтных кенотронов) осуществляется замыканием пер-
вичных цепей трансформаторов накала, включение вы-
сокого напряжения — замыканием первичной цепи глав-
ного трансформатора. Так как первичный ток главного
трансформатора сравнительно велик, то в подавляющем
большинстве случаев замыкание и размыкание главной
цепи производятся посредством электромагнитного кон-
тактора.
Простейшая схема управления приведена на рис.
3-28,а. Помимо сетевого выключателя здесь имеется еще
переключатель П, расположенный на пульте управления.
Когда этот переключатель стоит в положении 0, все
отключено. При переходе в положение 1 включаются це-
пи накала; при переходе в положение 2 замыкается цепь
возбуждения контактора, который включает высокое на-
пряжение. Отключение производится в обратном по-
рядке.
Усложненная схема представлена на рис. 3-28?б. Она
отличается от предыдущей тем, что в схему введено
промежуточное реле ПР. При переходе из положения О
155
в положение 1 это реле срабатывает и блокирует себя,
благодаря чему при переходе в положение 2 оно остает-
ся включенным. Если напряжение между точками А и
В пропадает (контактор отключается), а затем появляет-
ся вновь, то повторное включение высокого напряжения
возможно лишь после возврата переключателя из поло-
жения 2 в положение 1. Таким образом, элсктромагпит-
Рис. 3-28. Типичные схемы управления.
/7 — переключатель на пульте управления; ПР — промежуточное реле.
ный контактор в данной схеме играет роль минималь-
ного автомата.
Весьма распространенная схема приведена па рис.
3-28,в. Здесь имеются два контактора с отдельными кно-
почными управлениями. Первый контактор включает
накал, одновременно осуществляя замыкание предвари-
тельных контактов в главной цепи; включение высокого
напряжения производится вторым контактором.
Приведенные схемы весьма распространены в рент-
геновских аппаратах (в частности, в отечественных), од-
нако далеко не исчерпывают всего многообразия схем,
применяющихся на практике. Кроме того, здесь .не за-
трагиваются сложные схемы управления в рентгенодиа-
гностических аппаратах.
В некоторых аппаратах включение высокого напря-
жения происходит при заранее подобранном режиме и
напряжение после включения не регулируется. Чтобы
при таком включении не возникало значительных пере-
напряжений, электромагнитный контактор, замыкающий
главную цепь, имеет дополнительный контакт 2 (рис.
3-29,а), последовательно с которым включается пуско-
вой резистор R. Ход контактов контактора регулируется
таким образом, что вначале замыкаются контакты 1 и 2\
156
главная цепь оказывается замкнутой через резистор R,
и на трансформатор подается неполное напряжение. За-
тем замыкается контакт 3 и резистор закорачивается.
При выключении соблюдается обратный порядок. Конст-
рукция контактора должна быть такова, чтобы вибра-
ции, возникающие при ударе подвижных контактных
частей о неподвижные, не
вов тока. Такое включе-
ние применяется, в част-
ности, в рентгенодиагно-
стических аппаратах, если
в них не имеется синхро-
низированного реле вре-
мени (§ 5-5). В мощных
аппаратах пусковые со-
противления имеют вели-
чину порядка нескольких
ом.
Иногда применяются
более сложные схемы
с несколькими ступеня-
ми включения. На рис.
3-29,6 в качестве при-
мера изображена одна
из подобных схем. При
вызывали повторных переры-
Рпс. 3-29. Включение пусковых
сопротивлений для защиты от
перенапряжений.
переводе главного вы-
ключателя ГВ в крайнее правое положение катуш-
ка контактора Ki оказывается под напряжением и
главная цепь замыкается через резисторы и /?2.
Включение контактора Ki влечет за собой замыка-
ние цепи катушки контактора К2; при его включе-
нии закорачивается резистор Включение контактора
/<2 влечет за собой замыкание цепи катушки контакто-
ра Лз; при включении последнего закорачивается и ре-
зистор Т?2 и главная цепь оказывается замкнутой на-
прямую. При отключении последовательность контакто-
ров остается той же, последовательность же ступеней
меняется на обратную.
Отключение высокого напряжения в рентгеновских
аппаратах, как правило, производится автоматически
при помощи реле времени с изменяющейся выдержкой.
При рентгенодиагностических снимках выдержка может
быть столь малой, что инерция электромагнитного кон-
тактора, включающего и отключающего высокое папря-
157
жение, будет оказывать на выдержку существенное
влияние. Примем, что время, в течение которого катуш-
ка контактора находится под напряжением, равно вы-
держке, установленной на реле времени, и обозначим эти
время через '/реЛе. Тогда время, в течение которого за-
мкнута главная цепь, т. е. истинная выдержка, равно:
^ист~^реле+ (^откл ^вкл),
где /вкл — задержка контактора при включении и
^откл — задержка контактора при отключении. При этом
имеется в виду задержка контакта, осуществляющего
прямое замыкание цепи помимо пускового сопротивле-
ния.
Величины /Вкл и /откл зависят от конструкции контак-
тора. Однако и для определенной конструкции они не
остаются постоянными, а зависят от ряда факторов и
в первую очередь /Вкл— от фазы напряжения на ка-
тушке контактора в момент включения и £Откл — от фазы
этого напряжения в момент отключения. Так как фаза
напряжения в оба момента совершенно случайна, то
указанные зависимости являются причиной отклонений
истинной выдержки времени от заданной, также нося-
щих случайный характер.
Другим фактором, влияющим на работу контактора
при малых выдержках, являются вибрации контактов.
Если они и не создают перерывов тока, то все же ока-
зывают влияние на величину /Откл, помогая или препят-
ствуя в момент отключения силам, осуществляющим
разрыв контакта. Последнее имеет место, естественно,
при столь малой выдержке, что вибрации не успевают
погаснуть. В итоге погрешность выдержки у реальных
контактов может доходить до 10 мс.
Реле времени, применяющиеся в рентгеновских аппа-
ратах, могут быть: а) механическими, б) электромеха-
ническими и в) электронными. В настоящее время пер-
вые два вида применяются в таких аппаратах, где тре-
буется предельная уставка выдержки (время облучения)
порядка минут или десятков минут. Ранее эти два вида
реле применялись также и при рентгенодиагностических
снимках, причем были созданы электромеханические
синхронизированные реле времени [Л. 99], обеспечиваю-
щие включение и отключение высокого напряжения
в заданную фазу, а именно — при прохождении напря-
жения через нуль. Такие реле -работали достаточно точ-
158
но, но были дороги в производстве. В современных рент-
геподиагностических аппаратах при снимках применя-
ются электронные реле времени, относящиеся к классу
конденсаторных (релаксационных) с наибольшей вы-
держкой 5—10 с и наименьшей — несколько миллисе-
кунд или десятков миллисекунд (§ 5-5).
3-10. АВТОМАТИКА В РЕНТГЕНОВСКИХ ПИТАЮЩИХ
УСТРОЙСТВАХ
В зависимости от того, насколько расширенное пред-
ставление вкладывается в понятие автоматики, можно
указать различные устройства в рентгеновских питаю-
щих устройствах (и аппаратах в целом), которые могут
быть названы автоматическими:
а) устройства, отключающие какую-либо цепь или
питающее устройств в целом при произвольном повы-
шении или понижении тока или напряжения, например
автоматы максимального тока, реле защиты от повыше-
ния напряжения;
б) устройства, автоматически поддерживающие за-
данный режим какой-либо цепи, — стабилизаторы напря-
жения или тока;
в) устройства, отключающие и переключающие при
ручном управлении какие-либо цепи в функции двух и
более изменяемых величии (т. е. при манипуляции дву-
мя и более рукоятками), например устройства для за-
щиты трубки от перегрузки в рентгенодиагностических
аппаратах;
г) устройства, отключающие и переключающие при
ручном управлении какие-либо цепи в функции одной
величины (т. е. при манипуляции с одной рукояткой), но
с задаваемой выдержкой времени, например реле вре-
мени или так называемые реле задержки;
д) устройства, отключающие и переключающие ка-
кие-либо цепи в функции одной величины без задавае-
мой выдержки времени при условии, что эти отключения
и переключения являются не главным, а вспомогатель-
ным назначением данной рукоятки, например устройст-
ва для компенсации падения напряжения при регули-
ровке тока или, наоборот, для компенсации изменения
тока при регулировке напряжения.
Первые две группы содержат устройства, которые
могут считаться в полной мере автоматическими. В сле-
дующих двух группах указаны устройства, которые пра-
159
впльпес называть полуавтоматическими, поскольку их
действие всегда обусловлено предварительными ручны-
ми манипуляциями. Наконец, в последней группе даны
устройства, которые, строго говоря, не могут быть отне-
сены даже к полуавтоматическим. Тем не менее в рент-
генотехнике, в частности в применении к рентгенодиаг-
ностическим аппаратам, часто применяется термин
«автоматика рентгеновского аппарата», относящийся
к сочетанию устройств, соответствующих пунктам «в»,
«г» и «д» (§ 5-5 и 5-6).
Мы остановимся здесь на: а) защите при коротких-
замыканиях и перегрузках и б) защите от чрезмерного
повышения напряжения при сбросе нагрузки.
Простейшей защитой питающего устройства (и аппа-
рата в целом) при коротких замыканиях, в частности
при пробоях на высоком напряжении, являются плавкие
предохранители, включаемые в подводящую линию.
В современных рентгеновских аппаратах рбычно не до-
вольствуются столь несовершенной защитой и приме-
няют максимальные автоматы пли максимальные токо-
вые реле. Максимальный автомат обычно включается
в подводящую линию и часто служит одновременно сете-
вым выключателем. Чтобы возникший пробой не успел
произвести значительных повреждений, применяются
быстродействующие электромагнитные автоматы (без
выдержек времени).
Иногда автомат заменяется максимальным токовым
реле, обмотка которого включается в первичную или да-
же вторичную цепь главного трансформатора, а разры-
вающие контакты — в цепь катушки электромагнитного
контактора, размыкающего главную цепь. Контакты ре-
ле рассчитываются при этом на небольшую разрывную
мощность. В случае включения катушки во вторичную
цепь используется заземленная точка этой цепи.
В защите от перегрузки (по мощности) в первую
очередь нуждается рентгеновская трубка. Это объяс-
няется тем, что анод имеет малую теплоемкость и его
температура с повышением нагрузки возрастает быстро.
Функцию защиты трубки при длительной работе можно
было бы возложить на максимальный автомат или мак-
симальное токовое реле.
Для того, чтобы автомат или реле служили защитой
трубки от перегрузки, ток выключения должен лишь не-
много превышать предельно допустимый. Это приведет
160
к тому, что быстродействующий автомат (реле) будет
выключаться от пусковых токов. Кроме того, обычные
максимальные автоматы и максимальные токовые реле
недостаточно надежны при срабатывании от тока, лишь
немного превышающего нормальный. Поэтому для за-
щиты трубки целесообразнее применить специальное
отключающее реле, которое должно быть, с одной сторо-
ны, более инерционным, а с другой, — более падежным.
В современных рентгеновских аппаратах накал рент-
геновской трубки, как правило, стабилизируется ферро-
резонансным стабилизатором. Это сильно повышает
стабильность анодного тока трубки и облегчает наблю-
дение за работой аппарата. В итоге многие рентгенов-
ские аппараты, предназначаемые для повторно-кратко-
временной или длительной работы, не имеют устройств
для защиты трубки от перегрузки.
Весьма важна защита трубки от перегрузки в рент-
генодиагностических аппаратах при режиме снимков,
когда трубка работает при неустановившемся тепловом
режиме и температура фокус-
ного пятна в течение долей се- -----------
Рис. 3-30. Схема защиты
от чрезмерного повышения
напряжения при сбросе на-
грузки.
кунды приближается к пре-
дельно допустимому значению.
Примеры устройств такой за-
щиты даются в § 5-5.
Защита от повышения на-
пряжения при сбросе нагрузки
применяется в первую очередь
в рентгенодиагпостических ап-
паратах, поскольку они рабо
тают при повышенных значе-
ниях коэффициента а (§ 3-1 и
5-4). Схема такой защиты, ко-
торая может быть рекомендо-
вана для аппаратов сравнитель-
но малой мощности, представ-
лена на рис. 3-30. Замыкая пусковую кнопку, подаем
на первичную обмотку главного трансформатора через
контакты контактора Ki и резистор 7? значительно по-
ниженное напряжение. Если цепь накала трубки ис-
правна, то во вторичной цепи главного трансформатора
начинает проходить (также пониженный) анодный ток
трубки. В заземленную среднюю точку (при однополу-
периодном питании непосредственно, при двухполупери-
11—1434
161
Рис. 3-31. Схема защиты от
чрезмерного повышения напря-
жения при сбросе нагрузки для
более мощных аппаратов.
одном — через низковольтные выпрямители) включена
катушка промежуточного реле ПР. Возбуждаясь анод-
ным током, это реле срабатывает и замыкает цепь пита-
ния реле времени и контактора /Q, включающего пер-
вичную обмотку главного трансформатора напрямую.
Отрезок времени между срабатываниями контакто-
ров 7<i и /<2 составляет 0,02—0,04 с. Поскольку к трубке
(приложено при этом значи-
тельно пониженное напряже-
ние, интенсивность излуче-
ния мала и не оказывает за-
метного влияния на почер-
нение пленки. При неисправ-
ности в цепи накала анод-
ный ток будет отсутствовать
и реле ПР не возбудится.
Схема защиты, которую
целесообразно применять
в аппаратах большой мощ-
ности, представлена на
рис. 3-31. Обмотка 1 маломощного трехобмоточного
трансформатора включена в цепь накала рентгеновской
трубки; переключатель /7± связан с переключением фо-
кусов. На обмотку 2 подается нормированное базовое
напряжение. При прохождении нормального тока нака-
ла э. д. с. обеих обмоток уравновешивают друг друга
(или близки к равновесию), сеточный потенциал тира-
трона близок к нулю, тиратрон отперт и через катушку
промежуточного реле ПР, контакты которого включены
в управляющую цепь, проходит ток. При обрыве или
коротком замыкании в цепи накала равновесие в транс-
форматоре нарушается, отрицательный сеточный потен-
циал тиратрона возрастает, тиратрон запирается и реле
ПР обесточивается.
3-11. СТАБИЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ ПИТАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
Входное напряжение питающего устройства (и всего
рентгеновского аппарата в целом) постоянно колеблется
из-за изменений общей нагрузки сети. Изменение вход-
ного напряжения в свою очередь сказывается на анод-
ном напряжении рентгеновской трубки и напряжении
накала трубки, от которого в сильной степени зависит
ее анодный ток.
162
Колебания анодного напряжения и анодного тока вы-
зывают колебания мощности, воспринимаемой анодом
трубки, и интенсивности генерируемого ею рентгеновско-
го излучения. Колебания напряжения сети влияют так-
же на напряжение других (помимо цепи накала трубки)
вспомогательных цепей.
В рентгеновских питающих устройствах, как правило,
предусматривается коррекция напряжения сети, осуще-
ствляемая с помощью дополнительного переключателя
у регулировочного автотрансформатора или дополни-
тельных щеток па вариаторе, о чем уже упоминалось
ранее. Однако устройства такого рода приводятся в дей-
ствие вручную и требуют от обслуживающего персонала
постоянного наблюдения за напряжением сети. Их несо-
вершенство наиболее явно сказывается при резких изме-
нениях входного напряжения. Поэтому стабилизация
работы рентгеновского аппарата привлекала к себе вни-
мание еще в 30-х гг. [Л. 102]. В послевоенный период
роль стабилизации в рентгеноаппаратостроении непре-
рывно возрастала и продолжает возрастать.
Следует различать частичную и полную стабилиза-
цию работы питающего устройства. Под частичной под-
разумевается стабилизация напряжения трансформато-
ра накала рентгеновской трубки и напряжения других
вспомогательных цепей. Таким образом, частичная ста-
билизация имеет целью в первую очередь устранить за-
висимость от колебаний сетевого напряжения анодного
тока рентгеновской трубки. Если частичная стабилиза-
ция охватывает все вспомогательные цепи, то в рентге-
новских аппаратах, предназначаемых для повторно-крат-
ковременной или длительной работы, можно отказаться
от специального корректора сети и совместить коррек-
цию с регулированием напряжения, увеличить соответ-
ственно верхний предел регулировки.
Для частичной стабилизации обычно используются
феррорезонапспые стабилизаторы напряжения. Консъ
рукция и теория работы таких стабилизаторов описыва-
ются в специальной литературе, например в [Л. 103,
104]. Здесь мы укажем лишь основные технические дан-
ные феррорезонаиспых стабилизаторов.
Эти стабилизаторы обеспечивают высокую степень
стабилизации действующего значения напряжения;
в распространенных типах этих стабилизаторов оно из-
меняется примерно на 0,05% при изменении первичного
11*
163
напряжения па 1%, причем такая стабилизация имеет
место при колебаниях последнего в весьма широких пре-
делах. Существенным недостатком является сильная за-
висимость стабилизированного напряжения от частоты.
Изменение частоты на 1% влечет за собой изменение
стабилизированного напряжения па 1,5—2%. Такая
сильная зависимость от частоты не позволяет использо-
вать феррорезонансиыс стабилизаторы в тех аппаратах,
которые предназначаются для питания от маломощных
(в частности, передвижных) электростанций. Другими
недостатками феррорезонанспого стабилизатора являют-
ся сравнительно низкий, к. и. д. (0,7—0,8) и большая
масса па единицу мощности.
Еще одним недостатком является сильно искаженная
форма кривой стабилизированного напряжения, к тому
же изменяющаяся с нагрузкой. Для описываемой частич-
ной стабилизации этот недостаток несуществен, посколь-
ку здесь важно поддерживать неизмененным именно
действующее значение напряжения.
Для стабилизации накала рентгеновской трубки до-
статочен феррорезонансный стабилизатор па 100—
150 Вт. Для стабилизации всех вспомогательных цепей,
естественно, необходим стабилизатор большей мощности.
Если в качестве высоковольтных вентилей используются
селеновые (или кремниевые) выпрямители, то обычно
достаточен стабилизатор мощностью 300—400 Вт. Если
используются высоковольтные кенотроны, то для стаби-
лизации их накала необходимо еще увеличить мощность
стабилизатора, исходя из расчета 100—150 Вт на каж-
дый кенотрон, в зависимости от мощности, требуемой
для накала кенотрона данного типа. Таким образом, в пи-
тающем устройстве, имеющем четыре высоковольтных
кенотрона, стабилизатор должен иметь мощность 700—
1 000 Вт.
Полная стабилизация работы рентгеновского пи-
тающего устройства преследует цель — сделать незави-
симой от колебаний напряжения сети всю работу,
а именно:
а) стабилизировать анодное напряжение рентгенов-
ской трубки;
б) стабилизировать анодный ток рентгеновской
трубки;
в) стабилизировать работу всех вспомогательных
цепей.
164
Конечной целью является стабилизация рентгеновско-
го излучения, генерируемого трубкой, и сохранение нуж-
ного режима для всех элементов питающего устройства.
Полная стабилизация может быть достигнута посред-
ством устройства, автоматически корректирующего на-
пряжение сети. В этом случае одно устройство стабили-
зирует напряжение и в главной и во вспомогательных
цепях. Полная стабилизация может быть осуществлена
также в виде раздельной стабилизации главной цепи и
Рис. 3-32. Вариатор с автоматическим
управлением щетками.
вспомогательных цепей (включая цепь накала трубки),
что требует, естественно, и двух стабилизирующих уст-
ройств.
На рис. 3-32 представлены в самом общем виде два
случая автоматического управления щетками вариатора.
В случае рис. 3-32,а двигатель связан со щеткой, нахо-
дящейся на входе вариатора. При изменении напряже-
ния сети двигатель автоматически перемещает щетку
в нужном направлении до тех пор, пока не восстановит-
ся напряжение на вариаторе. Вторая щетка имеет руч-
ной привод и позволяет регулировать первичное напря-
жение главного трансформатора, т. е. напряжение на
трубке. Таким образом, этот случай представляет собой
автоматическую коррекцию напряжения сети. В случае
рис. 3-32,6 единственная щетка находится на выходе ва-
риатора и перемещается при помощи двигателя. Элек-
трическое управление двигателем позволяет устанавли-
вать вручную требуемое напряжение на трубке и под-
держивать его автоматически при колебаниях напряже-
ния сети. В этом случае не требуется второй щетки, зато
необходимо второе стабилизирующее устройство для
вспомогательных цепей.
Первый случай получил большее распространение.
На рис. 3-33 приведены два варианта автоматического
управления щетками вариатора. Чувствительным орга-
165
пом является мост М с диодом Л, имеющим вольфрамо-
вый катод и работающим па токе насыщения [Л. 105].
При номинальной величине стабилизируемого напряже-
ния t/стаб напряжение на выходе моста равно нулю. Так
как сопротивление диода резко меняется в зависимости
от накала катода, то равновесие моста нарушается при
всяком отклонении стабилизируемого напряжения от но-
минальной величины.
Рис. 3-33. Два варианта автоматического управления щетками ва-
риатора.
В варианте рис. 3-33,а на выходе моста включено
чувствительное поляризованное реле ПР^ с нейтральным
положением. При нарушении равновесия моста через
обмотку реле начинает протекать ток, реле возбуждается
и в свою очередь замыкает цепь возбуждения одного
из промежуточных реле ПР2 и ПР^ При срабатывании
одного из последних замыкается цепь питания последо-
вательного двигателя, имеющего две обмотки возбужде-
ния, двигатель приходит во вращение и передвигает
щетку до тех пор, пока снова не установится равновесие.
В варианте рис. 3-33,6 выход моста задает сеточное
смещение тиратронам 7\ и Т2. При равновесии моста
оба тиратрона заперты и ток в цепи двигателя отсутст-
вует. При нарушении равновесия один из тиратронов
зажигается и, так же как и в предыдущем случае, дви-
гатель вращается и щетка передвигается до тех пор,
пока не установится равновесие. Обмотки переменного
тока, включенные в сеточные цепи тиратронов, дают на-
чальное сеточное смещение.
166
Автоматические вариаторы, в которых чувствитель-
ным органом являются феррорезопаиспо-коптактные ре-
ле, описаны в [Л. 106].
Подобный вариатор использован в рентгенодиагно-
стическом аппарате РУМ-22. Другим решением является
применение быстродействующих магнитных усилителен
[Л. 107]. Такого рода система использована в автома-
тическом вариаторе рентгенотерапевтического аппарата
РУМ-13.
Автоматические вариаторы имеют погрешность ста-
билизации порядка ±(1 —1,5)% и инерционность при
внезапном изменении напряжения на 10—15% примерно
1,5—2 с. По этим параметрам они уступают другим ви-
дам стабилизаторов. Еще одним недостатком является
наличие подвижной системы со щетками. Достоинства
автоматических вариаторов: а) напряжение на выходе
имеет ту же форму кривой, что и на входе, б) сравни-
тельно небольшая масса па единицу мощности, в) высо-
кий к. п. д.
В рентгенодиагностических аппаратах стабилизация
с помощью автоматического вариатора из-за его инер-
ционности может применяться лишь в ограниченном
виде: стабилизация должна действовать лишь до момен-
та включения высокого напряжения, поддерживая неиз-
менным и предварительно установленные условия сним-
ка. В момент включения высокого напряжения (или перед
этим моментом) управляющее устройство должно отклю-
чаться.. В противном случае уменьшение напряжения,
созданное нагрузкой, заставит управляющее устройство
восстанавливать напряжение. Так как выдержка снимка
или меньше времени становления напряжения, или срав-
нима с ним, то действие управляющего устройства при-
ведет к тому, что снимок будет сделан полностью или
частично при пеустаповившемся режиме, т. е. при усло-
виях, отличающихся от установленных и вообще неопре-
деленных.
Несмотря на такое ограничение автоматические ва-
риаторы получили в рентгсиодиагпостическнх аппаратах
широкое применение. Они используются также в рентге-
потерапевтпческнх аппаратах и иногда в рентгеновских
аппаратах технического назначения.
В рентгеиоструктурпых и рснтгспоспектральных аппа-
ратах к стабилизации предъявляются повышенные тре-
бования (§ 1-6). В этих аппаратах получили распрост-
167
ранение стабилизаторы с дросселями насыщения, часто
называемые электронными стабилизаторами.
Одна из схем стабилизатора с дросселем насыщения
представлена па рис. 3-34. Дроссель насыщения ДН изо-
бражен здесь с трехстержпевым магнитопроводом, на
среднем стержне которого расположена управляющая
обмотка постоянного тока, а на крайних — обмотки пере-
Рис. 3-34. Схема стабилизатора напряжения с дросселем насыщения.
мепного тока. При таком расположении в управляющей
обмотке не наводится переменной э. д. с., так как пере-
менный магнитный поток не проходит через средний
стержень. Постоянный магнитный поток разветвляется
и проходит по обоим крайним стержням, алгебраически
складываясь в каждый момент с переменным магнитным
потоком1.
Если увеличивать постоянный ток в управляющей
обмотке, то будет увеличиваться и постоянный магнит-
ный поток. Увеличение постоянного магнитного потока
приводит к увеличению суммарного магнитного потока
в боковых ветвях и уменьшению (из-за нелинейности
магнитной характеристики стали) сопротивления дроссе-
ля. В результате напряжение с дросселя частично
перейдет на автотранформатор АТ, э. д. с. на виток в нем
увеличится и напряжение, индуктируемое в добавочной
1 Действительная конструкция дросселя насыщения сложнее, так
как в дросселе, изображенном па рис. 3-34, велико рассеяние.
168
его части, включенной последовательно с нагрузкой, по-
высится. При уменьшении тока в управляющей обмотке
дросселя картина будет обратной и напряжение, индук-
тируемое в добавочной части автотрансформатора, по-
низится.
Для использования такого перераспределения напря-
жения для стабилизации следует применять схему уп-
равления, в которой изменение сетевого напряжения ав-
томатически воздействовало бы па ток управляющей
обмотки дросселя. В схеме рис. 3-34 для управления ис-
пользован такой же мост (с диодом Л\), как и в схеме
рис. 3-33. Предположим для упрощения, что точки моста
А и В соединены напрямую с катодом и сеткой электрон-
ной лампы Л3 (с точками А' и В')- Пусть напряжение
сети равно поминальному значению и мост находится
в равновесии; тогда сеточный потенциал лампы Л3 ра-
вен пулю и через лампу проходит некоторый средний
ток подмагничивания дросселя ДЯ. При отклонении на-
пряжения сети от поминального значения равновесие
моста нарушается, сеточный потенциал лампы Л3 изме-
няется и меняет тем самым ток подмагничивания. Изме-
нение подмагничивания дросселя ДЯ производит пере-
распределение напряжений между АТ и ДЯ и стремится
вернуть стабилизируемое напряжение к тому же значе-
нию, которое оно имело при номинальном напряжении
сети; однако для поддержания изменившегося значения
тока подмагничивания мост должен несколько откло-
ниться от состояния равновесия, а потому стабилизиру-
емое напряжение возвращается не совсем к тому же зна-
чению. Для того чтобы это отклонение стабилизируемого
напряжения от прежнего значения было возможно мень-
шим, следует применять между мостом и лампой Л3
промежуточное усиление. В схеме рис. 3-34 такое усиле-
ние осуществляется при помощи двойного диода, вклю-
ченного по схеме так называемого катодного связанного
каскада.
Может быть применен и другой усилитель постоян-
ного тока.
Подобного рода стабилизаторы находят себе приме-
нение в рентгеновских аппаратах для структурного и
спектрального анализов в качестве автоматических кор-
ректоров сетевого напряжения, включаемых на входе
аппарата в целом. Они имеют погрешность стабилиза-
ции (по действующему значению напряжения) ±0,3%
169
Рис. 3-35. Система стабилизации на-
пряжения на трубке с помощью ва-
риатора и дросселей насыщения
(с обратной связью).
лиза. На рентгеновскую трубку
и инерционность при внезапном изменении напряжения
па 10—15%—- порядка 0,2 с. Таким образом, ио указан-
ным параметрам они значительно лучше автоматических
вариаторов. Их недостатками являются; а) повышен-
ная масса на единицу мощности, б) пониженный к. п. д.
и в) (самое главное) искаженная форма кривой папря-
• жения на выходе, из-
меняющаяся при коле-
баниях напряжения се-
ти. В итоге колебания
максимума напряже-
ния на рентгеновской
трубке достигают 1 —
1,5% при колебаниях
действующего значения
напряжения на выходе
стабилизатора 0,3%
|[Л. 408].
На рис. 3-35 изобра-
жена в сильно упро-
щенном виде схема ста-
билизации, обеспечива-
ющая более высокую
степень стабилизации
'напряжения на рентге-
новской трубке и при-
меняемая в отечествен-
ных трехфазных рент-
геновских аппаратах
для спектрального ана-
подается здесь напряже-
ние, дополнительно сглаженное высоковольтным конденса-
тором, так что пульсации напряжения не превышают не^
скольких процентов. Параллельно трубке включен дели-
тель, напряжение небольшой части которого сравнива-
ется с эталонным напряжением Е, задающим напряже-
ние на трубке. Разность напряжений, возникающая при
отклонении напряжения от заданного, через электрон-
ный услитель постоянного тока ЭУ воздействует, с одной
строны, на управляющую систему автоматического вари-
атора АВ, а с другой — на дроссели насыщения ДН так,
что напряжение на трубке вновь принимает заданное
значение, а сравниваемые напряжения вновь уравнове-
шиваются.
170
В рассматриваемой схеме имеются две ступени ста-
билизации. Автоматический вариатор представляет со-
бой первую ступень (хотя по направлению потока энер-
гии от сети к высоковольтному генератору он стоит на
втором месте), дающую менее точную и более инерци-
онную стабилизацию в широких пределах. Дроссели на-
сыщения являются второй сту-
пенью, обеспечивающей более
точную и менее инерционную ста-
билизацию в узких пределах (со-
ответствующих разности напря-
жении между отводами авто-
трансформаторов А1\ и ДТ2).По-
скольку напряжение на дросселях
насыщения невелико по сравне-
нию с напряжением сети, иска-
жение кривой первичного напря-
жения главного трансформатора
также невелико. В такой схеме
Рпс. 3-36. Стабилизация
напряжения на трубке
с помощью высоковольт-
ного триода.
колебания максимума напряже-
ния на трубке не превышает
±0,3% при колебаниях напряже-
ния сети ±10%. Инерционность
здесь также значительно меньше,
чем в схеме рис. 3-34. Заметим также, что напряжение
поддерживается неизменным независимо от изменений
анодного тока трубки.
Если хотят еще повысить степень стабилизации и
уменьшить ее инерционность, то переходят к электрон-
ной стабилизации непосредственно высокого напряжения.
Принцип такой стабилизации поясняет рис. 3-36. Сгла-
женное высокое напряжение подается на рентгеновскую
трубку через высоковольтный триод, причем часть
этого напряжения ложится на триод. Как и в схеме рис.
3-35, параллельно трубке включен делитель, напряже-
ние небольшой части которого сравнивается с эталонным
напряжением, задающим напряжение на трубке. Раз-
ность напряжений, возникающая при отклонении напря-
жения от заданного, через электронное устройство ЭУ
воздействует на сеточный потенциал триода, поддержи-
вая практически безынерционно напряжение на трубке
постоянным и неизменным независимо от пульсации на-
пряжения до высоковольтного триода, колебаний напря-
жения сети и изменений анодного тока трубки.
171
На электронное управление можно возложить также
функцию замыкания и размыкания (с очень малой инер-
цией) высоковольтной цепи. Для этого перед замыкани-
ем на сетке триода должен быть отрицательный потен-
циал. Снимая этот потенциал, замыкаем цепь и приво-
дим в действие систему стабилизации. Для размыкания
достаточно вновь подать на сетку триода запирающий
потенциал.
В случае заземления анода трубки и катода высоко-
вольтного триода такая система стабилизации может
быть осуществлена с применением усилителей постоянно-
го тока. Она является обычно второй ступенью; в каче-
стве первой ступени может быть использован, например,
автоматический вариатор (как в схеме рис. 3-35). Если
на триод не возлагать функций регулирования напряже-
ния па трубке (в широком интервале), то наибольшее
напряжение, ложащееся па триод, можно ограничить
значениями 10—15% поминального напряжения высоко-
вольтного генератора, которое должно быть увеличено
на это значение по сравнению с работой без такой ста-
билизации.
Подобные системы стабилизации находят применение
в рентгеновских аппаратах для структурного и спект-
рального анализов. Их используют также в электронных
микроскопах и других высоковольтных устройствах спе-
циального назначения. С помощью таких систем можно
достигнуть очень высокой степени стабилизации с по-
грешностью порядка 0,03% и менее. Основными факто-
рами, ограничивающими степень стабилизации, являются
уровни стабильности, которыми обладают элементы,
входящие в систему, в частности их чувствительность
к изменениям температуры.
Задача сильно осложняется, если подобного рода ста-
билизацию хотят осуществить в питающих устройствах
с симметричным высоким напряжением. В этом случае
следует применять два высоковольтных триода, один на
положительном, другой на отрицательном выводе высо-
ковольтного генератора. Сеточные цепи триодов оказы-
ваются при этом под высоким напряжением относитель-
но земли; для передачи управляющих сигналов прихо-
дится применять устройства с высоковольтной изоляци-
ей и от систем постоянного тока переходить к высокоча-
стотным системам.
Эти обстоятельства затрудняют применение такой
172
стабилизации в рептгеподиагпостпческих аппаратах, хотя
в рентгеноаппаратостроении опа впервые была примене-
на именно в рентгенодиагностическом аппарате [Л. 109].
Следующий рентгеподиагпостический аппарат с таким
электронным управлением описан в [Л. 110]. Однако
электронное управление используется здесь в первую оче-
редь для замыкания и размыкания высоковольтной цепи
с целью обеспечить возможно более малую инерцию.
Фирма Компани женераль де радиоложн выпускает
в настоящее время мощный рентгеподиагпостический
аппарат «Континенталь» с электронным управлением на
высоком напряжении; это управление предназначается
как для малоинерционного замыкания и размыкания
высоковольтной цепи, так и для стабилизации напряже-
ния на трубке.
В рассмотренных системах стабилизации напряжения
(за исключением последней системы) имеется заметная
инерция. В некоторых системах стабилизация охватыва-
ет лишь главную цепь, оставляя в стороне вспомогатель-
ные цепи (это относится, в частности, к последней си-
стеме). В итоге в питающих устройствах, к которым
предъявляется требование полной стабилизации, обычно
предусматривается дополнительная стабилизация вспо-
могательных цепей и в первую очередь — анодного тока
трубки.
Стабилизация накала трубки далеко не всегда обес-
печивает постоянство сс анодного тока. Причиной этому
могут явиться, с одной стороны, изменения эмиссионной
способности нити накала, с другой — сильная зависи-
мость анодного тока от анодного напряжения. У неко-
торых рентгеновских трубок наблюдается также посте-
пенное (в течение минут) спадание анодного тока после
включения высокого напряжения при заранее установ-
ленном и строго поддерживаемом режиме накала; это
объясняется, видимо, образованием зарядов на стекле
трубки или изменением степени ее вакуума.
Поэтому в ряде случаев, в частности в рентгеновских
аппаратах для структурного и спектрального аналазов,
прибегают к стабилизации непосредственно анодного
тока трубки. Схема одного из электронных стабилизато-
ров анодного тока изображена на рис. 3-37. Стабилитрон
Л1 поддерживает па катоде электронной лампы Л2 опре-
деленный потенциал относительно земли. Сеточный по-
тенциал лампы Л2 меняется в зависимости от величины
173
анодного тока рентгеновской трубки, часть которого про- (
текает через делитель R2, Rs- Увеличение анодного тока j
трубки приводит к уменьшению отрицательного сеточпо-/
го потенциала лампы Л2 и увеличению ее анодного тока./
Это в свою очередь вызывает увеличение отрицательно-
го потенциала на сетке электронной лампы Л3 и умень-'
шение ее анодного тока, а тем самым и уменьшение тока
во вторичной обмотке трансформатора СТ.
Рис. 3-37. Схема электронного стабилизатора анодного тока.
Первичная обмотка трансформатора СТ включена
последовательно с первичной обмоткой трансформатора
накала TH, а потому уменьшение вторичного тока транс-
форматора СТ приводит к уменьшению тока в первичных
обмотках обоих трансформаторов. Благодаря этому на-
кал рентгеновской трубки уменьшается, стремясь
вернуть анодный ток к прежней величине. Однако, так
как для поддержания нового равновесия отрицательный
сеточный потенциал лампы Л2 должен быть несколько
меньше, чем раньше, анодный ток возвращается к чуть
отличающейся величине.
При уменьшении анодного тока явления протекают
в обратном направлении.
Установка анодного тока достигается при помощи
резистора Ri. Газоразрядная лампа Л4 защищает схему,
зажигаясь при резком возрастании анодного тока (на-
пример, когда трубка газит). В схеме рис. 3-37 заземлен
анод трубки; естественно, что при заземлении средней
174
изменной внешней характеристики.
точки стабилизатор может быть включен и в среднюю
точку.
Стабилизаторы подобного рода могут обеспечивать
! высокую степень стабилизации анодного тока трубки
| (с погрешностью около 0,1%); они обладают малой
(инерцией ( 0,01—0,02 с при отклонении тока на ±5%).
)Вместе с тем при работе
! в рентгеиодиагностиче-
ских аппаратах, где мож-
но ожидать более значи-
тельных отклонений анод-
ного тока, их инерция при
малых выдержках стано-
вится сравнимой с про-
должительностью выдер-
жек. Тем не менее подоб-
ные 'стабилизаторы три-
меняются в некоторых за-
рубежных рентгенодиаг-
ностических аппаратах.
Если поставить себе
цель 'стабилизировать
лишь интенсивность рентгеновского излучения, то можно
обойтись без стабилизации напряжения или тока, на что
впервые указал В. В. Дмоховский. Достоинством предло-
женного им в середине 40-х гг. «критического» режима
работы является то обстоятельство, что отклонения анод-
ного тока трубки от заданного значения jipn неизменной
внешней характеристике вызывают сравнительно неболь-
шие изменения интенсивности излучения. Причиной та-
ких изменений тока может быть, например, изменение
эмиссионной способности нити накала трубки.
На рис. 3-38 внешняя характеристика представлена
прямой линией:
^а.макс =£,а-макс ^мЛъсрР-
Кривая диет изменение мощности, воспринимае-
мой анодом трубки,
Ра = а.максУ аср
при условии f=const, кривая J — изменение интенсивно-
сти излучения за объектом исследования
J = a'b'U5 /а.ер
а.макс F
при условии a'=const и 6z = const и кривая а — отноше-
ние заданного напряжения холостого хода к изменяюще-
муся с нагрузкой рабочему напряжению. Рабочая точка
внешней характеристики, соответствующая максимуму)
интенсивности излучения, представляет собой критичес-|
кий режим. Как мы видим, в достаточно широкой обла-(
сти, охватывающей этот режим с обеих сторон, измене-)
ния анодного тока трубки дей-,
ствительно мало сказываются на
величине интенсивности излуче-
ния
Система параметрической ста-
ч билизации энергии рентгеновско-
го излучения при снимках приме-
нена в малогабаритном разбор-
ном рентгеподиагносгическом ап-
парате 8-Л-З на 70 кВ, высоко-
Рис. 3-39. Главная цепь
переносного рентгено-
диагностического аппара-
та 8-Л-З.
вольтный генератор которого вы-
полнен в виде небольшого моно-
блока. Главная цепь этого аппа-
рата изображена на рис. 3-39.
Отдельный трансформатор на-
кала
здесь отсутствует, для накала трубки име-
ется дополнительная обмотка, наложенная поверх
одной из высоковольтных секций, что исключает свобод-
ную регулировку напряжения. Нить катода накаливается
одновременно с включением высокого напряжения и
в первые моменты после включения из-за тепловой инер-
ции нити аппарат находится в режиме холостого хода.
Такая схема является обычной для аппаратов этого
класса.
Особенностью аппарата 8-Л-З является то обстоя-
тельство, что параметры трансформатора и цепи накала
подобраны такими, что в широких пределах изменений
напряжения сети и ее сопротивления напряжение на
трубке (максимум рабочей полуволны) остается в пер-
1 Закономерности, представленные на рис. 3-38, свойственны не-
изменной внешней характеристике и теряют свою силу, если при
изменении режима работы рабочая точка (б'а.макс, /а.ср) переходит
от одной характеристики к другой, как это имеет место в реальной
аппаратуре. К сожалению, В. В. Дмоховский придал этим законо-
мерностям абсолютный характер, ошибочно приняв работу в крити-
ческом режиме условием максимума интенсивности излучения во-
обще и положив это утверждение в основу теории и расчета рентге-
новских аппаратов [Л. 31 и 111].
176
вом приближении неизменным (75 кВ), в то время как
анодный ток трубки и ток сети изменяются в широких
пределах; значительно изменяется также максимум хо-
лостой полуволны напряжения, достигая в неблагоприят-
ных случаях 100 кВ. Отключение высокого напряжения
осуществляется посредством реле количества электри-
чества (§ 5-5), что в сочетании с неизменностью напря-
жения па трубке и обеспечивает стабильность энергии
излучения.
В описанной системе предельный по мощности режим
достигается лишь при повышенном напряжении сети.
Номинальному сетевому напряжению соответствует ре-
жим 75 кВ, 18 мА. Он является расчетным и ему соот-
ветствует пониженная мощность. В то же время рентге-
новская трубка, используемая в аппарате, должна иметь
фокусное пятно, соответствующее полной мощности, и
выдерживать повышенные обратные напряжения. Не-
достатком являются и повышенные колебания тока, по-
требляемого из сети. Этим недостаткам противостоит
простота обслуживания, что весьма существенно для ап-
парата 8-Л-З ввиду его назначения.
3-12. КОНТРОЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА ТРУБКЕ
И ЕЕ АНОДНОГО ТОКА
Во всех рентгеновских аппаратах (за исключением
наиболее простых, рассчитанных всего на один-два
электрических режима) осуществляется контроль напря-
жения на трубке и ее анодного тока. Такой контроль не-
обходим, с одной стороны, чтобы не превышать допус-
тимых значений напряжения на трубке и мощности, вос-
принимаемой ее анодом, а с другой — для оценки, хотя
бы приблизительной, рентгеновского эффекта, даваемого
трубкой.
В аппаратах, предназначаемых для длительной и пов-
торно-кратковременной работы, контроль напряжения
на трубке наиболее просто осуществляется с помощью
вольтметра, включенного на выходе регулировочного ав-
тотрасформатора, и градуировочных характеристик:
^а.майс =f(Ui) При Za-cp — Const.
Типичные градуировочные характеристики представ-
лены на рис.3-40. Характеристики при /а>0 называются
12—1434 177
также нагрузочными, характеристика при /а = 0— харак-/
теристикой холостого хода. Такие характеристики спима-'
ются на заводе-изготовителе и прилагаются к описани-
ям аппаратов или размещаются па пульте управления.
Одному и тому же значению U\ соответствует тем
меньшее значение £/а.макс, чем больше ток нагрузки. Это
объясняется для данных характеристик падением напря-
Рис. 3-40. Типичные градуиро-
вочные характеристики рентге-
новского аппарата.
/ — холостой ход; // и /// — на-
грузка.
ловольтах и при работе на
жения в главной цепи после
регулировочного автотранс-
форматора, т. с. в 'ВЫСОКО-
ВОЛЬТНОМ генераторе. Паде-
ние напряжения до и в са-
мом регулировочном авто-
трансформаторе компенси-
руется подрегулировкой.
Применением специаль-
ных измерительных схем,
учитывающих падение на-
пряжения, можно добиться
постоянного соотношения
между показаниями вольт-
метра и напряжением на
трубке вне зависимости от
ее анодного тока. Это позво-
ляет проградуировать вольт-
метр непосредственно в ки-
аппарате не прибегать к по-
мощи градуировочных характеристик.
В рентгеновских аппаратах для структурного и спек-
трального анализов с малыми пульсациями напряжения
на трубке контроль этого последнего часто осуществля-
ется путем измерения тока делителя, включенного парал-
лельно трубке. Чтобы уменьшить мощность, потребляе-
мую делителем, используют магнитоэлектрические мик-
роамперметры, градуируемые прямо в киловольтах. Хотя
они показывают среднее (за период) значение измеряе-
мой величины, погрешность, вносимая по этой причине
в измерение максимального значения, невелика ввиду
малых пульсаций напряжения.
При рептгенодиагпостических снимках выдержка
столь мала, что желаемый режим (напряжение, ток)
должен устанавливаться перед снимком. Это осуществ-
ляется с помощью предпоказывающих приборов или
градуированных шкал. Для того чтобы действительное
178
напряжение на трубке соответствовало показаниям иред-
показывающего киловольтметра или уставкам шкалы,
градуированной в киловольтах, необходимы соответст-
венно измерительная схема, учитывающая ожидаемое
падение напряжения во всей главной цепи, или устройст-
ва, компенсирующие это падение (§ 5-5).
Из всего сказанного следует, что^ в современных рент-
геновских аппаратах для повседневного контроля огра-
ничиваются косвенным измерением напряжения на труб-
ке. Прямое измерение с целью периодического контро-
ля (например, посредством шарового разрядника)
в эксплуатационных условиях сильно затруднено, по-
скольку все части, находящиеся под высоким напряже-
нием, окружены оболочками, защищающими от прикос-
новения (и тем самым преграждающие доступ) к этим
частям.
Контроль анодного тока рентгеновской трубки осу-
ществляется с помощью магнитоэлектрических милли-
амперметров. Миллиамперметр включается в заземлен-
ную точку высоковольтной цепи. Если заземляется вы-
вод питающего устройства, то прибор включается после-
довательно с рентгеновской трубкой, осуществляя та-
ким образом прямое измерение ее анодного тока. Если
заземляется средняя точка, то могут представиться раз-
личные. случаи.
В однополупериодных схемах через вторичную об-
мотку главного трансформатора (а тем самым и через
заземленную среднюю точку) проходит ток, среднее (за
период) значение которого равно среднему значению
анодного тока трубки (§ 4-2 и 4-3). Поэтому магнито-
электрический миллиамперметр, включенный в среднюю
точку, как бы осуществляет прямое измерение этого
последнего. То же имеет место при использовании лю-
бой высоковольтной выпрямительной схемы, если она
применяется в сдвоенном варианте, когда включаются
последовательно две схемы, из которых у одной зазем-
ляется положительный, а у другой — отрицательный вы-
вод. К сдвоенным следует отнести и схемы с общим
трансформатором, но разделенными вторичными обмот-
ками, в том числе и схему с двепадцатифазным выпрям-
лением по рис. 4-28.
В случае симметричных, но пссдвоснных схем через
среднюю точку (точнее, по участкам цепей, примыкаю-
щим к средней точке) проходит чисто переменный ток
12* 179
ционально среднему значению
1ГТ
1КТ
Рис. 3-41. Включение миллиампер-
метра б среднюю точку при двух-
полупериодпой схеме выпрямле-
ния.
ГТ — главный трансформатор; КТ —
компенсационный трансформатор.
и прямое измерение анодного тока трубки путем вклю-
чения миллиамперметра в среднюю точку становится не-
возможным. Тогда прибегают к косвенному измерению,
выпрямляя ток средней точки и создавая измерительную
схему, посредством которой среднее значение выпрям-
ленного тока (с малыми погрешностями) будет пропор-
анодного тока трубки.
На рис. 3-41 в каче-
стве примера представле-
но включение миллиам-
перметра в среднюю точ-
ку при двухполупериод-
ной схеме выпрямления.
Вторичный ток главного
трансформатора выпрям-
ляется при помощи низ-
ковольтных полупровод-
никовых выпрямителей.
Среднее значение вы-
прямленного тока, на пер-
вый взгляд, точно равно
среднему значению анод-
ного тока трубки. В дей-
ствительности, однако,
емкостный ток, вызывае-
мый собственными емко-
стями одной половины
вторичной обмотки транс-
форматора (и емкостью
одного из трапоформато-
высоковольтных вентилей
используются высоковольтные кенотроны), выпрямляет-
ся вместе с основным током. При напряжениях 50 —
100 кВ и анодном токе в несколько миллиампер емкост-
ный ток сравним с током трубки и будет вносить боль-
шую погрешность. Поэтому измерительная схема долж-
на иметь компенсационные устройства, уничтожающие
или по крайней мере резко сокращающие эту погреш-
ность. В схеме рис. 3-41 такую роль выполняет компен-
сационный трансформатор ^71, первичная обмотка кото-
рого 1КТ включена параллельно первичной обмотке
главного трансформатора, а последовательно со вторич-
ной (2^71) включен конденсатор С; в результате во
вторичной цепи возникает встречный емкостный ток, ве-
накала, если в качестве
180
личину которого можно подобрать такой, чтобы ском-
пенсировать основной емкостный ток.
Для защиты миллиамперметра от высокочастотных
импульсов тока, возникающих, когда «газит» рентгенов-
ская трубка (или высоковольтный кенотрон), параллель-
но прибору включается конденсатор емкостью 1—2 мкф,
представляющий для этих импульсов сопротивление ма-
лой величины. В случае использования измерительной
схемы конденсатор включается параллельно всей схеме.
Предел измерения миллиамперметра должен выби-
раться несколько большим величины наибольшего рабо-
чего тока. В рентгенодиагностических аппаратах милли-
амперметры обычно имеют два предела измерений: один
для режима просвечиваний, другой — для режима сним-
ков. Схема переключения для перехода от одного пре-
дела к другому должна обеспечивать независимость
показаний прибора от переходного сопротивления пере-
ключателя. В случае использования измерительной схе-
мы с низковольтными выпрямителями переключение сле-
дует осуществлять на стороне переменного тока, чтобы
через выпрямители всегда проходил возможно меныний
ток.
Ранее в рентгенодиагностических аппаратах при ре-
жиме снимков с выдержками менее 0,5—1 с вместо мил-
лиамперметра использовался милликулонметр, пред-
ставляющий собой магнитоэлектрический прибор со зна-
чительно увеличенной инерцией подвижной системы,
у которого отброс стрелки при коротких выдержках про-
порционален количеству прошедшего через него элект-
ричества. В современных рентгенодиагностических ап-
паратах при всех снимках используются миллиампер-
метры с возможно малой инерцией подвижной системы.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ РЕНТГЕНОВСКИХ
ПИТАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
4-1. ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ
В рентгеновских питающих устройствах в зависи-
мости от того, какое напряжение хотят иметь на рент-
геновской трубке (переменное, пульсирующее или прак-
тически постоянное), а также от величины мощности,
воспринимаемой анодом трубки, используются различ-
181
ные высоковольтные выпрямительные схемы, однофаз-
ные и трехфазные. К числу однофазных схем относятся:
1) однополупериодные схемы: безвентпльная, когда
выпрямителем является сама рентгеновская трубка, и
схема с высоковольтными вентилями во вторичной цепи
(в дальнейшем для краткости именуемая одпоиолупери-
одной вентильной схемой);
2) двухполупериодпая мостовая схема;
3) схемы с удваиванием вторичного напряжения
главного трансформатора.
Однополупериодная безвентильная схема использует-
ся почти исключительно в тех случаях, когда высоко-
вольтный генератор выполняется в виде моноблока. Не-
смотря на ряд недостатков эта схема достаточно широко
применяется в рентгеноаппаратостроении, что объяс-
няется ее простотой, позволяющей создавать компакт-
ные конструкции моноблоков, в первую очередь для
облегченных рентгенодиагностических и рентгенодефек-
тоскопических аппаратов. Однополупериодная вентиль-
ная схема довольно широко применялась 10—15 лет
назад в рентгеновских аппаратах всех назначений.
В настоящее время эта схема имеет ограниченное приме-
нение. Двухполупериодпая мостовая схема широко при-
меняется в рентгенодиагностических аппаратах.
Схема удваивания с пульсирующим напряжением
широко использовалась 10—15 лет назад в рентгеноте-
рапевтических п рептгеподсфектоскопических аппаратах,
поскольку рентгеновские трубки на пульсирующем на-
пряжении работают более устойчиво и спокойно, чем
на постоянном. С совершенствованием рентгеновских
трубок рептгепоаппаратостроение перешло к схеме удва-
ивания со сглаженным напряжением, поскольку отдача
рентгеновских лучей при постоянном напряжении выше,
чем при пульсирующем. Схема удваивания с постоян-
ным напряжением используется теперь также в аппара-
тах для структурного анализа.
К числу трехфазных выпрямительных схем относятся
схемы с шести- и двенадцатифазным выпрямлением.
Эти схемы являются трехфазными мостовыми схемами.
Их применение в рентгеновских аппаратах заметно рас-
ширилось за последние 10—15 лет. Они используются
в мощных стационарных рептгеподиагностических аппа-
ратах, а также в аппаратах для спектрального анализа
и в аппаратах для облучения в технологических целях.
182
В главной цепи рентгеновского питающего устройст-
ва при любой выпрямительной схеме имеются парамет-
ры R, L и С. Параметр R— это сопротивление обмоток
главного трансформатора п регулировочного автотранс-
форматора, сопротивление питающей сети, сопротивле-
ние соединительных проводов в самом питающем устрой-
стве, переходные сопротивления в соединениях и комму-
тационной аппаратуре. Параметр L — индуктивности
рассеяния главного трансформатора и регулировочного
автотрансформатора. Параметр С — естественные емко-
сти, образуемые конструктивными элементами высоко-
вольтных устройств, и конденсаторы, предназначае-
мые для удваивания напряжения главного трансфор-
матора и для сглаживания напряжения на рентгеновской
трубке.
К числу естественных емкостей, в частности, отно-
сятся: собственные емкости главного трансформатора,
межобмоточиые емкости трансформатора накала и ем-
кости высоковольтных кабелей, соединяющих с высоко-
вольтным генератором рентгеновскую трубку, если она
располагается в отдельном защитном кожухе. Из всех
естественных емкостей наибольшей величиной обладают
емкости высоковольтных кабелей [Л. 112].
При рассмотрении выпрямительных схем мы будем
принимать во внимание только те параметры, которые
заметно влияют на работу схемы. Следует подчеркнуть,
что степень влияния некоторых параметров может изме-
няться в зависимости от напряжения и мощности пита-
ющего устройства, а также от величины нагрузки. Так,
уже указывалось, что собственные емкости главного
трансформатора, которыми при напряжениях 100—
200 кВ (и частоте 50—60 Гц) можно пренебрегать, при-
обретают весьма существенное значение в трансформа-
торах на 400—500 кВ. При использовании некоторых
схем емкости высоковольтных кабелей можно не прини-
мать во внимание при больших нагрузках и с ними сле-
дует считаться при малых нагрузках; при этом чем
меньше мощность питающего устройства, тем выше от-
носительная нагрузка, при которой эти емкости оказы-
вают заметное влияние.
Параметры R, L и С линейны, так как их величина
не зависит от проходящего тока или приложенного на-
пряжения. Наряду с этим выпрямительные схемы всег-
да имеют и нелинейные элементы.
183
Здесь прежде всего следует упомянуть о нелинейно-
сти магнитных ценен главного трансформатора и регу-
лировочного автотрансформатора. Как и во многих слу-
чаях общей электротехники, в выпрямительных схемам
также можно в первом приближении пренебрегать на-
магничивающими токами, вследствие чего нелинейность
магнитных цепей выпадает из поля зрения. Есть, одна-
ко, одно важное исключение: при одпополупериоднон
нагрузке происходит подмагничивание магнитопровода
главного трансформатора (или регулировочного авто-
трансформатора) постоянной составляющей вторичного
тока, намагничивающий ток возрастает с нагрузкой и
им пренебрегать нельзя. Во всех выпрямительных схе-
мах мы будем пренебрегать токами потерь в стали, ко-
торые, строго говоря, также нелинейны.
Главными нелинейными элементами выпрямитель-
вых схем являются, естественно, сами выпрямители,
а в рентгеновских выпрямительных схемах также и на-
грузка, т. е. рентгеновская трубка. Эти элементы обла-
дают двоякой нелинейностью: 1) они проводят ток толь-
ко в одном направлении и 2) при прохождении тока
имеет место отклонение от закона Ома. Для выпрями-
телей это означает, что падение напряжения па выпря-
мителе изменяется непропорционально проходящему то-
ку (§ 3-7), для рентгеновской трубки — что ее ток
изменяется непропорционально приложенному напря-
жению (§ 2-2).
Напряжения во вторичной цепи выпрямительной схе-
мы мы будем характеризовать максимальными (за пе-
риод) значениями. Что касается токов, то средним (за
период) значением мы будем пользоваться для анодно-
го тока рентгеновской трубки; максимальные значения
токов во вторичной и первичной цепях необходимы для
расчета падения напряжения, а действующие значе-
ния— для расчета на нагрев. Поскольку в рентгенов-
ских аппаратах измеряется среднее значение тока
трубки, то максимальное и действующее значения
приводятся к этому среднему значению. Расчет средней
(за период) мощности, воспринимаемой анодом трубки,
производится ио максимуму напряжения на трубке и
среднему значению ее анодного тока Г
1 Оценка нагрузочной способности рентгеновской трубки по на-
пряжению на трубке и ее анодному току служила предметом иссле-
дования уже в 20-х и начале 30-х гг. [Л. ИЗ и 114].
184
4-2. ОДНОПОЛУПЕРИОДНАЯ БЕЗВЕНТПЛЬНАЯ СХЕМА
течение одного полупериода (рабочего)
Рис. 4-1. Однополупериодная безвен-
тнльная схема.
а — с заземлением вывода; б —с заземле-
нием средней точки.
Однополупериодная безвентпльная схема изображена иа рис. 4-1.
В этой схеме рентгеновская трубка присоединяется прямо к выво-
дам вторичной обмотки главного трансформатора и находится под
переменным напряжением. 'В ' '
анод по отпошеппю к като-
ду имеет положительный
потенциал и через трубку
под действием анодного на-
пряжения проходит анод-
ный ток. В течение другого
полупериода (холостого)
анод имеет по отношению
к катоду отрицательный по-
тенциал, т. е. к трубке при-
ложено обратное напряже-
ние: под действием обрат-
ного напряжения ток через
трубку не проходит и аппа-
рат работает как бы вхолостую. Таким образом, в безвентильной
схеме функции выпрямления несет сама рентгеновская трубка.
На рис. 4-2 изображены кривые анодного напряжения и анод-
ного тока рентгеновской трубки, являющиеся одновременно кривы-
ми вторичного напряжения и вторичного тока главного трансфор-
матора. Анодный ток, естественно, является пульсирующим и имеет
постоянную составляющую, равную среднему (за период) значению.
Построение кривой анодного тока по
кривой анодного напряжения и анод-
ной характеристике рентгеновской
трубки было рассмотрено раньше
(рис. 2-20).
При достаточно больших нагруз-
ках падение напряжения в главной
цепи вызывает заметное понижение
максимума рабочей полуволны вто-
ричного напряжения главного транс-
форматора. При этом максимум ра-
бочей полуволны уменьшается по
сравнению как с холостым ходом, так
и с максимумом холостой полуволны
при нагрузке. Одновременно имеет
место вообще некоторое искажение
синусоиды вторичного (и первично-
напряжения трансформатора,
кривой напряже-
от синусоиды, как правило,
Рис. 4-2. Кривые напряже-
ния и тока в однополупе-
риодпой схеме.
---- холостой ход;
----- — нагрузка.
го)
Это отклонение
ння
интересуются лишь величинами макси-
невелико. Поэтому обычно
мумов полуволн и их соотношением, оставляя без внимания иска-
жение формы кривой.
Понижение максимума рабочей полуволны по сравнению с ма-
ксимумом холостой .полуволны представляет собой неблагоприятное
явление. Благодаря этому понижению рентгеновская трубка подвер-
гается воздействию более высокого напряжения, чем то, при котором
она генерирует рентгеновские лучи.
185
Рентгеновские трубки могут устойчиво работать в безвентильной
схеме лишь при условии, что анод не раскаляется до температуры,
при которой имеет место заметная эмиссия электронов. Появление
у анода заметной электронной эмиссии приводит к появлению
в холостой полупсриод обратного тока. Обратный ток вызывает
Рис. 4-3. Предельные
кривые тока в одно-
полупериодной схеме;
а — идеальное насыще-
ние: б — ток пропорцио-
перегрев катода вследствие бомбардировки
его электронами. В результате нить катода
выделяет газ или даже может разрушиться.
Причиной появления обратного тока может
также явиться выделение газа электродами
трубки или ее баллоном. В этом случае об-
ратный ток затрудняет восстановление ва-
куума в трубке. Вообще, как -показывает
опыт, рентгеновские трубки па переменном
напряжении работают менее устойчиво и
спокойно, чем на пульсирующем. Указанные
-причины (приводят к тому, что для многих
типов трубок при работе в безвентильной
схеме снижаются 'предельно допустимые ве-
личины анодного напряжения и мощности,
воспринимаемой анодом.
Рассмотрим расчет токов и мощности,
воспринимаемой анодом трубки, в однопо-
лупериодной безвентильной схеме. Как мы
уже условились (§ 4-1), среднее (за пери-
од) значение тока считается заданным. Для
выяснения зависимости максимального зна-
чения от среднего обратимся к (предельным
нален напряжению. характеристикам рентгеновской трубки
(рис. 2-20). Кривые, соответствующие иде-
альному насыщению, изображены на рис. 4-3,а. Здесь
а.макс с
!м = / „ =
za.cP
(4-1)
При прямой пропорциональной зависимости (в рабочий полу-
период) тока от напряжения кривые имеют вид, изображенный на
рис. 4-3,б. При этом
т
____1_ Г . _ 1
^асР = у* 1 ^а.макс 81П (о/ dt — ^а.макс»
0
т. е.
^м = я = 3,14. (4-2)
Для рентгеновской трубки со средней проницаемостью (§ 2-2)
можно принять:
£м = 2,6ч-2,8. (4-3)
Мощность, воспринимаемая анодом трубки, выражается форму-
лой
т
J* ^а^а dt = f^a.макета, ср-
0
186
При идеальном насыщении
1 С
^а= Г j
о
^а.макс а.макс (о/ dt
^а. макета, макс
7Г
0,64[7аМакс/а. ср.
(4-4)
т. е. /—0,64. Если кривая анодного тока повторяет в рабочий полу-
период кривую напряжения, то
т
Р& — т у’ ^в.макс Iа.макс dt =
0
___^а-макета.макс п 7ОГ7 7
Л — U, I JC7a>MaKC/a>cp.
(4-5)
Для трубки со средней проницаемостью принимают:
^а = 0,74 t/a.макета.ср. (4-6)
Переходим к вычислению действующего значения вторичного
тока. При идеальном насыщении
= 1,41/а.сР. (4-7)
Для кривых рис. 4-3,6
= l,57Za.cP. (4-8)
Часто принимают в среднем:
Лдейств — 1,5/а.ср. '(4-9)
Наряду со вторичным током трансформатора нас интересует и
его первичный ток. На рис. 4-4 представлены воспроизведенные
по осциллограммам кривые токов и первичного напряжения транс-
форматора, нагруженного на рентгеновскую трубку. Существен-
ным отличием кривой первичного тока является резко выраженный
пик в конце холостого тюлупериода, совершенно отсутствующий
в кривой вторичного тока. Кроме того, в отличие от вторичного
тока первичный ток является не пульсирующим, а переменным и
не имеет постоянной составляющей.
187
Представим первичный ток трансформатора состоящим из на-
грузочного гока /нагр и намагничивающего гока ; тогда
'|Л — Ч ZHarP —/1 ~Г l2 *
Сложив алгебраически ординаты кривых ii и i2W2/wi (рис. 4-5),
изображенные в соответствующем масштабе, получим кривую на-
магничивающего тока. Опа имеет необычный вид и представляет
собой пик, лежащий практически по одну сторону оси абсцисс.
Рис. 4-4. Кривые токов и напря-
жения трансформатора при одпо-
полупериодной нагрузке.
t/,=220 В, /1действ = 12 А, /а ср=20 мА.
Рис. 4-5. Построение кривой
намагничивающего тока по
кривым первичного и вторич-
ного токов.
Распространяя указанную формулу на средние значения токов,
имеем:
ЙУ2
^|ЛС|) = ^ЮР И" ^2СР >
поскольку постоянная составляющая первичного тока равна нулю,
то
7 -/
1 Р-Ср 12СР *
Постоянная составляющая намагничивающего тока равна по-
стоянной составляющей вторичного тока, приведенной к первичной
обмотке. Постоянная составляющая вторичного тока с нагрузкой
возрастает; возрастает, следовательно, и намагничивающий ток. Та-
ким образом, при однополупсриодной нагрузке намагничивающим
током при определении первичного тока пренебречь нельзя. Поэто-
му обычное соотношение между действующими значениями первич-
ного и вторичного токов трансформатора
ПУо
/ j ___
11 действ 1 2действ w
188
в однополупериодной схеме 'места не имеет и пользоваться им не-
допустимо. iB этом случае
Л Действ = ^1^2действ (4-10)
где ki — коэффициент, равный примерно 1,5 при расчетной магнит-
ной индукции 4,4—1,8 Т (14—18 тыс. Гс).
Более правильно говорить не о намагничивающем токе, а о маг-
нитодвижущей силе, которая является в общем случае результатом
совместного действия обеих обмоток (а не одной лишь первичной)
и в каждый 'момент времени равна сумме м. д. с. обеих обмоток:
(iw)^ = itwt + i2w2
Обычно для удобства расчетов полагают, что м. д. с. создается
лишь первичной обмоткой. Тогда, разделив обе части написанного
выше равенства па число витков первичной обмотки, получим:
((’®)|Х . . W2
i == == Z. —|— in ’
H - 1 1 2 Wj
откуда
H—ip. ^2 w — 4|Л -Г?1нагР»
т. e. .первичный ток формально представляется разделенным на две
составляющие: намагничивающую и нагрузочную.
Рассмотрим построение кривой намагничивающего тока при
однополупериодной нагрузке. Постоянная составляющая вторичного
тока производит в магнитопроводе трансформатора подмагничива-
ние, аналогичное подмагничиванию постоянным током [Л. 145]. Бла-
годаря этому магнитный поток
наряду с переменной состав-
ляющей имеет и постоянную
составляющую. На рис. 4-6
представлено построение кривой
м. д. с. (она (подобна кривой
намагничивающего тока) по
магнитной характеристике п
кривой магнитного потока, ко-
торая подчиняется закону
Ф = Фмакс 'COS 0)/“ЬФср«
Из этого построения стано-
вится ясным, что сильно иска-
женная форма кривой намаг-
ничивающего тока объясняется
резкой нелинейностью харак-
теристики. При отрицательных
значениях магнитного потока
м. д. с. мала и кривая практи-
чески сливается с осью абс-
цисс; при (положительном ма-
ксимуме магнитного потока на-
Рис. 4-6. Построение кривой
м. д. с. по кривой магнитного по-
тока и магнитной характеристике
магнитопровода.
189
сыщение стали велико и м. д. с. достигает очень большой величины.
Здесь же показана кривая м. д. с. при с!>ср = 0.
Постоянная составляющая м. д. с. находится графически подбо-
ром равенства площадей Si и S2. Так как постоянная составляющая
первичного тока, а следовательно, и постоянная составляющая пер-
вичной м. д. с. равны нулю, то постоянная составляющая м. д. с.
равна постоянной составляющей вторичной м. д. с. Таким образом,
задавшись величинами Фмакс и Фср, можно найти соответствующее
им (в данном трансформаторе) зна-
чение Z2Cp.
Построение, представленное на
рис. 4-6, может быть использовано
для определения максимума намагни-
чивающего тока в общем случае.
Сделав ряд таких построений, в ко-
торых магнитный поток замечен ин-
дукцией, а м. д. с. является удель-
ной, т. е. 'отнесена к единице длины
средней магнитной линии Z, можно
получить кривые
„ f /2сР^2 \ D .
я СР = / (—I— I при Вмакс = const.
Эти кривые зависят только от
магнитной характеристики стали и
носят, таким образом, обобщенный
характер. На рис. 4-7 представлены
подобные кривые, построенные для
стали Э310. Задавшись величинами
£макс и /гсрПУ2//, находим величину
Sep* Взяв затем сумму Smhkc + Scp,
узнаем по кривой намагничивания
но ней определяем максимум намагни-
Рис. 4-7. Зависимость по-
стоянной составляющей
магнитной индукции от по-
стоянной составляющей вто-
ричной м. д. с.
максимум удельной м. д. с., а
чивающего тока.
Из кривых рис. 4-7 можно сделать вывод, что, хотя подмаг-
ничивание, и увеличивает намагничивающий ток, уменьшать расчет-
ную индукцию Вмакс против обычно принимаемых значений нецеле-
сообразно. Действительно, при одном и том же подмагничивании
с уменьшением Вмакс величина ВС1) возрастает настолько, что сумма
ВМакс + Вср, определяющая максимум намагничивающего тока, почти
не уменьшается.
Покажем, от чего зависят уменьшение максимума рабочей по-
луволны и разность максимумов полуволн вторичного напряжения
трансформатора при однополупериодпой нагрузке. При этом при-
мем, что анодный ток трубки сравнительно невелик и вблизи ма-
ксимума напряжения имеет место насыщение трубки.
Обратимся к рис. 4-8. В отличие от рис. 4-5 токи приведены
здесь не к первичной, а ко вторичной обмотке. Величина вторич-
ного тока в момент прохождения рабочей полуволны через максимум
равна Лмакс* Величину первичного тока в этот момент обозначим
ПО аналогии через Амане. Из кривых рис. 4-8 видно, что
п — т —L
1 1макс — 11макс w
Амакс>
где I'i — первичный ток, приведенный ко вторичной обмотке.
190
Активное падение напряжения во вторичной обмотке в этот
момент равно активное падение напряжения в первичной
цепи /1макС-/?1, где /?2 и — активные сопротивления соответст-
венно вторичной обмотки и всех элементов главной цепи па стороне
первичной обмотки главного трансформатора, включая и эту обмот-
ку. Отсюда суммарное актив-
ное падение напряжения во всей
главной цепи, приведенное ко
вторичной обмотке, равно:
1'1 макс'Ь/^! /гмакс^?2 ==
= /2макс + 7?г),
где
[ Wo \2
Рис. 4-8. к определению падения
напряжения.
Из рис. 4-8 видно, что по
мере возрастания напряжения
рост тока замедляется; когда
напряжение близко к максиму-
му, ток почти не изменяется,
что следует объяснить тем, что
рентгеновская трубка при та-
ком напряжении близка к полному насыщению. Следовательно, с воз-
растанием напряжения э. д. с. самоиндукции рассеяния вторичной
обмотки, пропорциональная производной вторичного тока,
_ г
<?s-—^2 dt
падает и при подходе напряжения к максимуму ею можно пренеб-
речь. 'В самый момент максимума напряжения производная тока
в точности равна нулю. Таким образом, индуктивное падение на-
пряжения во вторичной обмотке в этот момент отсутствует. Те же
рассуждения 'справедливы и для первичной цепи, так как кривая
первичного тока в моменты времени, близкие к максимуму напря-
жения, идентична кривой вторичного тока (намагничивающий ток
в эти моменты равен нулю). Следовательно, уменьшение максимума
рабочей полуволны вторичного напряжения вызывается лишь актив-
ным падением напряжения как во вторичной, так и в первичной
цепях и равно:
Атамане = ^а.макс Uа. макс —
= 2макс 2СР + R2) • (4- Н)
Обращаясь к холостой полуволне напряжения (рис. 4-8), видим,
что в момент ее максимума равны нулю и токи, и их производ-
ные, т. е. отсутствует как активное, так и индуктивное падение
напряжения. Другими словами,, максимум холостой полуволны с на-
грузкой не уменьшается, а остается равным максимуму холостого
хода и разность максимумов полуволн равна уменьшению максиму-
ма рабочей полуволны *.
1 Описанный расчет падения напряжения в однополупериодной
безвентильной схеме впервые был дан Е. А. Мееровичем. Им же
было предложено для выравнивания максимумов полуволн вторично-
го напряжения применять зазоры в магнитопроводе главного транс-
форматора; эта мера использовалась ранее в отечественных пере-
движных рентгенодиагностических аппаратах.
191
Обозначая
+R2 = 'R,
и-мсем окончательно:
^^а.макс
— I 2m&kcR—
(4-12)
полуволну синусоиды. -J
жения в главной
Ра.макс
'макс.хол
^макс.раб
а. ср
а)
ЭТОМ С«Г
момент
цепи в
) i Uа.макс
Uа. макс.раб
а., ср
иа.макс.хол
б)
Рис. 4-9. Примерные внешние ха-
рактеристики одпополупериодиого
питающего устройства.
а — без подрегулировки напряжения;
б — при неизменном напряжении на
выходе регулировочного автотрансфор-
матора
Примем теперь, что анодный ток трубки столь велик, что на-
сыщение отсутствует и кривая анодного тока представляет собой
/час индуктивное падение иапря-
максимума напряжения не равно
нулю. Его величина зависит от
соотношения активного и реак-
тивного сопротивлений всей
главной цепи, включая рентге-
новскую трубку. Поскольку со-
• противление этой 'последней яв-
ляется чисто активным, общее
активное сопротивление глав-
ной цепи настолько превалиру-
ет над реактивным, то влияни-
ем этого 'последнего можно
пренебречь и -по-прежнему счи-
тать справедливой формулу
(4-13). Этот случай подробно
рассматривается далее примени-
тельно к двухполупериодной
-схеме (§ 4-4).
На рис. 4-9 представлены
примерные внешние характери-
стики одпополупериодиого питающего устройства. Для .внешней харак-
теристики, снятой без подрегулировки напряжения, максимум холо-
стой полуволны в соответствии со всем изложенным остается не-
изменным, максимум же рабочей полуволны уменьшается пропор-
ционально нагрузке. Внешняя характеристика, снятая при неизмен-
ном напряжении па выходе регулировочного автотрансформатора,
имеет другой вид. Для поддержания неизменным -этого напряжения
необходимо изменять коэффициент трансформации автотрансформа-
тора; благодаря этому максимум холостой полуволны с нагрузкой
возрастает, максимум же рабочей полуволны уменьшается менее
сильно, чем в предыдущем случае.
Рис. 4-9 подтверждает, что однополупериодная -схема не позво-
ляет полностью использовать трубку: если максимум рабочей -полу-
волны приравнять полному паспортному напряжению трубки, то
максимум холостой полуволны превысит это напряжение. Для пол-
ного использования трубки необходимо снизить максимум холостой
полуволны. Для этой цели применяется включение вентиля в пер-
вичную цепь главного трансформатора. В качестве вентилей ранее
применялись газотроны, а теперь используются полупроводниковые
выпрямители, например селеновые.
Включение вентиля в первичную цепь представлено на рис. 4-10.
При прохождении холостой полуволны через максимум вентиль не
проводит тока и первичная цепь оказывается замкнутой через со-
противление 7?ш. -Падение напряжения на этом сопротивлении при-
водит к уменьшению максимума холостой полуволны. В рабочий
полупериод вентиль проводит ток и падение напряжения на нем
192
незначительно. 'Полярность вентиля, таким образом, должна быть
согласована с полярностью рентгеновской трубки; в противном слу-
чае вентиль будет запирать ток в рабочий, а не в холостой полу-
период, в результате чего нормальная рабо-
та схемы нарушится.
Благодаря наличию вентиля первичный
ток имеет постоянную составляющую, со-
здающую подмагничивание, аналогичное
подмагничиванию постоянным током. При
правильной полярности вентиля подмагни-
чивающее действие первичной обмотки на-
правлено против подмагничивающего дей-
ствия вторичной обмотки. Величина посто-
янной составляющей первичного тока зави-
сит от сопротивления, шунтирующего вен-
тиль: чем больше это сопротивление, тем
больше постоянная составляющая первич-
ного тока. При /?ш = 0 она равна нулю и
мы получаем обычную полуволновую схе-
му; при /?ш = оо она достигает предельного
Рис. 4-10.
периодная
вентилем в
цепи.
Одпополу-
схема с
первичной
значения, которое превышает постоянную
составляющую вторичного тока, приведенную к первичной обмотке:
/ \ / *__________!
И СР > Z2CP
На рис. 4-11 представлены воспроизведенные по осциллограм-
мам кривые токов и первичного напряжения того же трансформа-
тора, что и па рис. 4-4, по с газотроном в первичной цепи. Так как
Рис. 4-11. Кривые токов и
напряжения трансформато-
ра. питаемого через газо-
трон (/?ш.-=оо),
и — напряжение до газотрона;
щ — напряжение после газо-
трона; Ut=220 В, /1СР = 7 А,
/2ср=20 мА.
здесь имеет место подмагничивание со стороны первичной обмотки,
то пик намагничивающего тока имеет обратное направление по срав-
нению с рис. 4-4. Анализ показывает, что в момент прохождения
рабочей полуволны через максимум имеет место то же соотноше-
ние, что и в отсутствие вентиля:
I -I
* 1макс — 1 2макс •
Понижение максимума рабочей полуволны при нагрузке в схе-
ме с вентилем несколько больше за счет падения напряжения на
вентиле при прохождении тока:
At/макс =^м^2с P/?+At/y'; (4-13)
193
13-1434
здесь Д17у' — падение напряжения на вентиле, приведенное ко вто-
ричной цепи.
Опыт показывает, что соотношение максимумов холостой и ра-
бочей полуволн зависит от магнитного режима трансформатора, т. е
от соотношения м. д. с. первичной и вторичной обмоток. На рис. 4-12
Рис. 4-12. Зависимость макси-
мумов рабочей и холостой по-
луволн от соотношения сред-
них м. д. с. в аппарате РУМ-4.
/ — рабочая полуволна; 2 - холо-
стая полуволна.
форматора здесь также меньше.
(представлена зависимость макси-
мумов полуволн от соотношения
средних м. д. с. для отечественно-
го 'рентгенодиагностического аппа-
рата РУМ-4, в котором в первич-
ную цепь включен селеновый вы-
прямитель. Резкое снижение ма-
ксимума холостой полуволны име-
ет место при
Лср^1
Подбор величины Лср^! осу-
ществляется изменением величины
сопротивления, шунтирующего
вентиль. На рис. 4-12 крайняя ле-
вая ордината соответствует /?ш =
= 0, а крайняя правая /?ш = оо.
Подмагничивание в главном
трансформаторе с вентилем в пер-
вичной цепи значительно меньше,
чем без вентиля (или даже со-
всем отсутствует, если /iCp^i =
= /гсрПУ2. Поэтому действующее
значение первичного тока транс-
•но может определяться по формуле
I
1 1 Действ • 2действ ’
причем, как и раньше,
12действ =ll,5 /2ср*
Однако наличие постоянной составляющей у первичного тока
главного трансформатора приводит к неблагоприятному магнитному
режиму регулировочного автотрансформатора; первичный ток глав-
ного трансформатора, протекая по обмотке автотрансформатора,
производит подмагничивание магнитопровода, вследствие чего на-
магничивающий ток автотрансформатора возрастает и становится
зависимым от нагрузки. Таким образом, хотя включение вентиля
и уменьшает действующее значение первичного тока главного транс-
форматора, но действующее значение тока, потребляемого из сети,
остается примерно таким же, как и в отсутствие вентиля.
Если, оставляя величину /?ш неизменной, уменьшать нагрузку,
то Лер уменьшается в гораздо меньшей степени, чем Лер, подмаг-
ничивание возрастает и намагничивающий ток увеличивается. При
холостом ходе /2ср = 0 и подмагничивание достигает максимума.
Вследствие этого при наличии вентиля ток холостого хода в не-
сколько раз больше, чем в его отсутствие. Поэтому в рентгенодиа-
гностических аппаратах целесообразно при переходе от снимков
к просвечиваниям замыкать вентиль накоротко.
194
для краткого рассмотрения явлений, приводящих к снижению
максимума холостой 'полуволны, обратимся к рис. 4-13, на котором
изображены кривые напряжения и тока трансформатора в той же
схеме, что и кривые на рис. 4-11, только при холостом ходе. В тот
полупериод, который при нагрузке соответствует холостому, следова-
ло бы ожидать, что 1) вентиль отключит питание лишь во второй
половине полупериода, после того как напряжение пройдет через
максимум; 2) в момент отключения напряжение .на трансформаторе
упадет до нуля и 3) вентиль
начнет пропускать ток после
того, как напряжение пройдет
через нуль. В действительно-
сти, однако, вентиль отключает
питание раньше, чем напряже-
ние достигает максимума, на-
пряжение на трансформаторе
не падает до нуля, а уменьша-
ется сравнительно медленно, и
цепь вновь замыкается еще до
того, как питающее напряже-
ние снизится до нуля. Легко
видеть, что именно такой
сдвиг во времени замыкания и
размыкания первичной цепи и
обусловливает снижение макси-
мума напряжения на транс-
форматоре.
Такое изменение картины
явлений объясняется наличием
Рис. 4-13. Кривые токов и напря-
жения трансформатора, питаемого
через газотрон (7?ш = оо).
СЛ = 220 В, Zlcp = 5 А, Z2cp = 0.
во вторичной цепи емкостей, в частности, в случае моноблока наличием
внутренних емкостей главного трансформатора |(и трансформатора
накала), вызывающих емкостный ток. Хотя намагничивающая со-
ставляющая первичного тока и велика по сравнению с емкостной
составляющей, она, однако, спадает благодаря нелинейности маг-
нитной характеристики очень быстро. В тот момент, когда она
уменьшается до величины емкостной составляющей ((которая про-
тивоположна ей по знаку), первичный ток становится равным
и первичная цепь размыкается. Напряжение на емкостял и ли.
момент нулю не равно; емкости несут заряд и могут разряд
лишь через вторичную обмотку трансформатора, обладающую (нрь
отключенной первичной обмотке) очень большой индуктивностью.
Это приводит к тому, что напряжение на трансформаторе спадает
сравнительно медленно и первичная цепь замыкается вновь, как толь-
ко питающее напряжение, уменьшаясь по синусоиде, становится
равным напряжению на трансформаторе. Емкостный ток настолько
мал, что практически незаметен. Сопоставляя рис. 4-14 и 4-13, ви-
дим, что сказанное имеет место и при нагрузке. Более подробно
явления при включении вентиля в первичную цепь рассмотрены
в [Л. 1*16 и 1117].
4-3. ОДНОПОЛУПЕРИОДНАЯ ВЕНТИЛЬНАЯ СХЕМА
Включение высоковольтного вентиля последовательно с рентге
невской трубкой в однополупериодной схеме имеет целью облегчи!о
условия работы трубки: снять обратное напряжение в холостой по-
13* 195
лупериод и предотвратить появление обратного тока, если трубка
теряет вентильное свойство Ч
Однополупериодная вентильная схема -с заземлением анода рент-
геновской трубки изображена на рис. 4-14. Емкость, показанная на
схеме и как бы включенная на выходе питающего устройства, пред-
ставляет собой емкость трансформатора накала трубки, а если труб-
ка соединяется с питающим устройством посредством высоковольт-
ного кабеля, то и емкость этого кабеля.
Примем вначале, что емкость мала (высоковольтный кабель от-
сутствует), а ток нагрузки сравнительно велик. В рабочий полупе-
риод вентиль и трубка проводят ток и напря-
жение на трубке отличается от напряжения
трансформатора на величину падения напря-
жения на вентиле, которое сравнительно неве-
лико. Емкость в первую половину рабочего
полупериода заряжается через вентиль, а во
вторую — разряжается через трубку. Ввиду
малой величины емкости ее ток будет мал по
сравнению с током нагрузки и им -можно пре-
небречь.
Все сказанное о расчете токов и мощно-
сти труоки в однополупериодной безвентильной
схеме (§ 4-2) справедливо и для рассматри-
ваемого случая. Ввиду того, что рентгенов-
ская трубка защищена вентилем от обратно-
го тока, ее предельно допустимая мощность (и
Рис. 4-<14. Однопо-
лупериодная вен-
тильная схема.
предельно допустимое напряжение) обычно выше, чем в безвентиль-
ной схеме. Уменьшение максимума рабочей полуволны вторичного
напряжения трансформатора может быть вычислено по той же
формуле, что и для безвентильной схемы:
АС2 мак с —Лмакс-/?*
Уменьшение напряжения на рентгеновской трубке будет не-
сколько большим за счет падения напряжения на вентиле:
АС а. макс = 7 2 м а к с А + АСУ. (4-14)
Обратимся теперь к холостому полупериоду. Если в качестве
высоковольтного вентиля используется высоковольтный кенотрон, то
можно считать, что напряжение на трубке будет равным |(или близ-
ким) нулю в течение всего холостого полуиериода, так как емкость
к концу рабочего полупериода успела разрядиться, кенотрон же и
поддерживающая его арматура обладают ничтожными утечками
(сопротивление изоляции весьма велико) и цепь питания емкости
можно считать разорванной. Если используются полупроводниковые
выпрямители, картина изменяется, поскольку они обладают замет-
ной утечкой, через которую в холостой полупериод будет происхо-
дить зарядка емкости. Распределение обратного напряжения между
трубкой и вентилем будет зависеть от величины АС, где А — сопро-
тивление этой утечки. Чем меньше величина АС, тем большая доля
напряжения приходится на трубку.
1 Здесь и везде в дальнейшем под высоковольтным вентилем по-
нимается или высоковольтный кенотрон, или полупроводниковые вы-
прямители в количестве, рассчитанном на соответствующее обратное
(запираемое) напряжение (§ 3-7).
196
При холостом ходе емкость С, зарядившись через высоковольт-
ный вентиль до .полного напряжения трансформатора, может раз-
ряжаться только через утечку вентиля. Это приводит к повышению
напряжения на вентиле .(см. далее); это повышение будет тем боль-
ше, чем больше величина RC.
При использовании полупроводниковых выпрямителей величина
RC в рассмотренном случае, с одной стороны, достаточно мала,
с другой — достаточно неопределенна, что нс позволяет рекомендо-
вать такую схему. При использовании высоковольтного кенотрона
следует считаться с возможностью значительного повышения на-
пряжения на нем при холостом ходе и малой нагрузке, граничащей
с холостым ходом.
Примем теперь, что рентгеновская трубка соединяется с питаю-
щим устройством посредством высоковольтного кабеля, емкость ко-
торого по крайней мере на порядок величины больше емкости транс-
форматора накала трубки. Эта емкость, зарядившись при холостом
ходе через вентиль, будет находиться под постоянным напряжением,
равным амплитуде вторичного напряжения трансформатора, по-
скольку в этом случае величина RC достаточно велика, чтобы мож-
но было и при использовании полупрводниковых выпрямителей пре-
небречь в первом приближении разрядкой емкости.
Таким образом, при холостом ходе напряжение на выходе пи-
тающего устройства па будет постоянным. Обратное напряжение на
вентиле uv складывается из напряжения на емкости и напряжения
трансформатора: ит = Е2Макс sin со/ (рис. 4-15) и может быть выра-
жено формулой
UV =иС—Ит = Е2макс|(|1—sin (0^) (4-15)
(напряжение на вентиле для 'большей ясности отложено вниз от оси
абсцисс).
iB момент t=T/4 uv=0, в момент t=3>T]4: иу=1/уМакс=2Е2макс.
Напряжение на вентиле, следовательно, пульсирует от нуля до ма-
ксимума, равного удвоенной амплитуде вторичного напряжения
трансформатора. Другими словами, вентиль должен выдерживать
обратное напряжение, равное удвоенному напряжению на выходе
•питающего устройства.
Предположим теперь, что через трубку проходит ток, но срав-
нительно небольшой. Емкость будет периодически заряжаться через
вентиль и разряжаться через трубку.
Пусть в некоторый момент времени /1 окончилась зарядка емко-
сти, напряжение на емкости равно максимуму и начинается ее раз-
рядка. По мере разрядки напряжение на емкости постепенно умень-
шается. Если принять, что трубка работает на насыщение, то вели-
чина разрядного тока от напряжения не зависит и в течение всего
времени разрядки остается неизменной. Вследствие этого напряже-
ние на емкости уменьшается равномерно.
Во время разрядки к вентилю приложено обратное напряжение
и ток во вторичной обмотке главного трансформатора отсутствует.
Как видно из рис. 4-15, вторичное напряжение главного трансфор-
матора во время разрядки уменьшается до нуля, затеям увеличива-
ется, достигает обратного максимума ((максимума холостой полу-
волны), опять уменьшается, проходит через нуль и вновь возрас-
тает. В момент t = t2 возрастающее напряжение трансформатора
становится равным уменьшающемуся напряжению на емкости: раз-
рядка оканчивается и начинается зарядка.
197
Обратное напряжение па вентиле в течение разрядки возрастает
до 'максимума, которого оно достигает почти в тот же момент, когда
проходит через максимум напряжение трансформатора, а затем
уменьшается вновь до нуля. Максимальное значение напряжения на
вентиле теперь не равно удвоенной амплитуде напряжения транс-
форматора, а меньше, так как емкость к моменту прохождения на-
Рис. 4-15. Кривые напряжения и
тока однополупериодной вентиль-
ной схемы с учетом емкости ка-
беля.
--------холостой ход; ---- — малая
нагрузка.
пряжения через 'максимум успе-
вает несколько разрядиться.
После момента времени /2
под действием возрастающего
напряжения трансформатора
происходит зарядка емкости
через вентиль. Так как рентге-
новская трубка присоединена
параллельно емкости, то во
время зарядки она получает
питание также от главного
трансформатора. <Гаким обра-
зом, через вторичную обмотку
трансформатора и через вен-
тиль при зарядке проходит ток,
который состоит из зарядного
тока емкости <и анодного тока
рентгеновской трубки.
Если принять падение на-
пряжения па вентиле при про-
хождении тока равным пулю,
го напряжение на емкости и
рентгеновской трубке равно
вторичному напряжению глав-
ного трансформатора. По мере
зарядки это напряжение увели-
чивается и в момент /з = ^1 + Г
достигает максимума — заряд-
ка емкости кончается и вновь
начинается ее разрядка. Не-
трудно видеть, что в сдучае,
если емкость разряжается не
полностью, время зарядки и
время разрядки в -сумме
равны периоду. Время зарядки составляет некоторую часть того
полупериода, который мы условились называть рабочим, время же
разрядки охватывает весь холостой полупериод и остающуюся часть
рабочего. При этом напряжение на трубке всегда больше нуля и
анодный ток проходит через трубку в течение всего периода.
При достаточно большой нагрузке емкость успевает разрядиться
раньше, чем напряжение трансформатора достигает нуля в конце
холостого полупериода. В этом случае ток через трубку проходит
с перерывами. При дальнейшем возрастании нагрузки анодный ток
становится значительно больше зарядного тока и емкость успевает
разрядиться уже в конце рабочего полупериода.
Из сказанного ясно, что режим работы аппарата целиком зави-
сит от соотношения емкости и тока трубки. Если емкость успевает
разряжаться полностью, то напряжение пульсирует от нуля до ма-
ксимума, равного амплитуде напряжения трансформатора. Если ем-
198
кость полностью разряжаться не успевает, то пульсации уменьша-
ются и становятся зависимыми от нагрузки:
_. j, __ ___ (^2 ^1)
VСмаке ^Смин С С
В этой формуле Л7— количество электричества, теряемое емко-
стью в течение всего времени разрядки ^2—/г, /а — анодный ток
рентгеновской трубки, представляющий собой одновременно разряд-
ный ток емкости. Обозначив через б время зарядки в долях перио-
да, получаем формулу в несколько ином виде:
„ „ „ЛИ1—8) Т м 1(й
^Смакс ^Смин С (4 6)
Так при f/a.макс = ЮО кВ, Iа = 5 мА и С=1 ООО пФ пульсации
близки к предельным. Как мы видим, емкость кабеля дает слабое
сглаживание напряжения.
Если хотят повысить сглаживание, то присоединяют параллельно
трубке высоковольтный конденсатор.. Его емкость может быть по-
добрана, исходя из соотношения ((4-116), в котором следует задать-
ся величиной пульсаций. Так как время зарядки неизвестно, то для
ориентировочного подсчета полагают 6 = 0, что несколько повышает
величину емкости.
Как уже указывалось i(§ ‘2-2), условия работы трубки при па-
раллельно присоединенном конденсаторе резко утяжеляются. Когда
трубка «газит», конденсатор быстро разряжается, способствуя даль-
нейшему развитию в трубке газового
разряда. Для облегчения работы трубки
последовательно с нею следует вклю-
чать многоомное успокоительное сопро-
тивление: его величину обычно берут та-
кой, чтобы падение напряжения на нем
при номинальном режиме составляло
примерно 5% напряжения на трубке.
При сглаживающем действии кон-
денсатора -мощность, воспринимаемая
анодом трубки, возрастает; коэффи-
циент
Рис. 4-16, Сдвоенная
^а.макдЛиср
одпополупериодиая вен-
с уменьшением пульсаций стремится к еди- тильная схема.
нице. Возрастают также действующие зна-
чения вторичного и первичного токов
трансформатора. На величину Д£7а.макс 'будут оказывать заметное
влияние наряду с 7? также .параметры L и С, поэтому формулой
(4-14) можно пользоваться лишь как приблизительной.
Если на выходе питающего устройства с кабельными выводами
хотят иметь симметричное напряжение, то используют сдвоенную
схему (рис. 4-16). Работа сдвоенной схемы в принципе нс отлича-
ется от работы схемы рис. 4-14, а потому мы на ней не останав-
ливаемся.
199
4-4. ДВУХПОЛУПЕРИОДНАЯ СХЕМА
Рис. 4-17. Двухио-
лупериодная (мо-
стовая) схема.
Двухполупериодная схема (рис. 4-17) является одно-
фазной мостовой схемой выпрямления, в которой для
питания рентгеновской трубки используются обе полу-
волны вторичного напряжения главного трансформато-
ра. В течение одного полупериода верхний вывод вто-
ричной обмотки главного трансформатора имеет знак + ,
а нижний —; вторичная цепь замкнута через вентили
Vi и V!k и рентгеновскую трубку, анод-
ный ток которой проходит по указан-
ному контуру. Если (пренебречь паде-
нием напряжения на вентилях Vi и V4,
то напряжение на трубке равно полно-
му вторичному напряжению трансфор-
матора. Вентили и Ез тока не про-
водят; обратное напряжение на каж-
дом из них также равно напряжению
трансформатора.
Во второй полупериод выводы
трансформатора меняют знаки, и вто-
ричная цепь оказывается теперь замк-
нутой через вентили V2 и 173. Поляр-
ность на рентгеновской трубке остает-
ся, таким образом, прежней, направ-
ление тока в трубке, естественно, также не меняется,
а через главный трансформатор ток проходит в про-
тивоположном направлении. Если пренебречь, как и
в первый полупериод, падением напряжения на венти-
лях, проводящих ток (теперь V2 и Е3), то напряжение
на трубке и обратное напряжение на вентилях, не про-
водящих тока (Vi и У4), по-прежнему равны полному
вторичному напряжению главного трансформатора.
Таким образом, переменное напряжение, даваемое
вторичной обмоткой главного трансформатора, при по-
мощи вентилей преобразуется в пульсирующее напря-
жение, которое и является анодным напряжением рент-
геновской трубки. При этом цепь анодного тока в любой
момент времени не разветвлена и вторичный ток глав-
ного трансформатора равен анодному току трубки. Од-
нако в то время как анодный ток является пульсирую-
щим, вторичный ток главного трансформатора будет пе-
ременным. Сказанное иллюстрируют кривые напряже-
ния и тока, изображенные на рис. 4-18. Отметим, что
в кривой напряжения не учтено падение напряжения цз-
200
за нагрузки. Пояснения, касающиеся кривых при холо-
стом ходе, даются дальше.
При идеальном насыщении максимальное и среднее
значения анодного тока равны между собой (рис. 4-19, а):
Рис. 4-18. Кривые напряжения
и тока в двухполупериодной
схеме.
-------холостой ход:-------на-
грузка.
(4-18)
1 а. cP
Рис. 4-19. Предельные
кривые тока в двухполу-
периодной схеме.
а — идеальное насыщение;
б — ток пропорционален на-
пряжению.
Если кривая анодного тока повторяет кривую анод-
ного напряжения (рис. 4-19,6), то
Iа.ср — У А.макс sin со/Л = /а>макс»
О
т. е.
= 1,57. (4-19)
'а. ср
Для трубки со средней проницаемостью можно при-
нять:
1,3-4-1,4. (4-20)
Таким образом, величина в двухполупериодной
схеме в 2 раза меньше, чем в однополупериодной.
Мощность, воспринимаемая анодом трубки в двух-
полупериодной схеме при идеальном насыщении, равна:
Т f2
У (7а.макета SIH dt = 0,64f7a макс/а>ср* (4-21)
о
201
Если кривая тока повторяет кривую напряжения, то
T/2
^>а==—у7" j ^а.макета.макс sill di =
О
t=S~2~ ^а.макс ^а.макс == О,78[7а#макс/а>ср. (4-22)
Для трубки со средней проницаемостью принимают:
0,74(7а.макс^а.ср« (4-23)
Таким образом, мощность, воспринимаемая анодом
трубки, в одно- и двухполупериодной схемах при одина-
ковых значениях С/а.макс и /а.Ср одинакова. Однако энер-
гия, потребляемая трубкой за период, в двухполупериод-
ной схеме распределяется между двумя полупериодами,
частота пульсаций мощности удваивается и они по абсо-
лютной величине получаются в 2 раза меньшими.
Действующее значение вторичного тока главного
трансформатора при работе трубки с идеальным насы-
щением равно току трубки:
Гдейств = ^2макс = -/а. ср- (4-24)
Если кривая вторичного тока синусоидальна, то
т __ ^2макс
1 2действ у 2~ ’
откуда
/ ^а.макс_71 Л.сР------- 11/' (Д
^действ— “ 2 У2 ~ ’ а,ср’ \^°)
При расчетах обычно пользуются последней форму-
лой.
Если принять, что вблизи максимума напряжения
имеет место насыщение трубки, то уменьшение максиму-
ма вторичного напряжения трансформатора, как и для
однополупериодной схемы, может быть рассчитано по
формуле
А^2макс = Лмакс^? — а.ср^?- (4-26)
Таким образом, оно в двухполупериодной схеме в 2
раза меньше, поскольку в 2 раза меньше значение коэф-
фициента kw
Рассмотрим теперь случай, когда анодный ток трубки
столь велик, что насыщение отсутствует и кривая анод-
202
ного тока 'представляет собой полу-
волну синусоиды. Пренебрежем не-
линейностью сопротивления высоко-
вольтных вентилей и влиянием ем-
кости на выходе питающего устрой-
ства. Тогда можно считать, что ра-
бота трансформатора в двухполупе-
риодной мостовой 'схеме не отлича-
ется от работы просто на активную
нагрузку. Уменьшение напряжения
на его выходе (с учетом влияния
индуктивности рассеяния самого^
трансформатора и регулировочного
автотрансформатора) может в этом
случае рассчитываться по методике,
заимствованной из курса общей
электротехники. На рис. 4-20 пред-
ставлена векторная диаграмма для такого случая. Здесь
ЬмакЛ
Чмакс^
Егмакс
и г макс
4-20. Упрощен-
вектсрпая диа-
грамма для транс-
форматора с актив-
ной нагрузкой.
Рис.
пая
р
Ломакс
(^Дмакс ~F" Iзмакс^)
2 Х; =
2макс ь
Y. \2
2макс-
^Амакс’ “ЬУгмакс^
Пользуясь приближенным равенством
]/ГН~1-Нг
при acl, получаем:
^змакс — U9Макс 4“ ^змакс^ “4
/2 у 2
_______у2макс л L_______
2 (^гмакс 4“ 72макс^)
откуда
2 (U2макс
7^) 2£2Макс (^72макс
+/* 2 х2=о.
1 2макс ь
Решив относительно [/,макс, имеем:
^2макс 0,5 (£2Макс ± j/Хмакс ^2MaKC^L) Лмакс#-
Нас интересует решение лишь с положительным зна-
ком перед радикалом. Отсюда
Д^Лмакс == Т?2макс гмакс == 0,5 (Тумаке
- /F ^2? X;) + ЛМакЛ
г 2мако 2макс 1-> ' 1
(4-27)
203
Таким образом, в рассматриваемом случае индуктив-
ности рассеяния должны несколько уменьшать напряже-
ние на выходе трансформатора. Однако это уменьшение
из-за отсутствия сдвига фаз между вторичным напряже-
нием и током и из-за сравнительно малой величины рас-
сеяния обычно столь невелико, что им можно пренебречь
и по-прежнему пользоваться формулой (4-26). В совме-
стном действии с емкостью кабелей индуктивность рас-
сеяния, наоборот, может незначительно повышать на-
пряжение.
Уменьшение напряжения на трубке будет несколько
больше, чем уменьшение напряжения на выходе транс-
форматора из-за падения напряжения на вентилях:
А £7 а.макс — Да.макс U а.макс =
= /а.макс^? + 2Д ^7у = ^м/а.ср/? + 2Д(7у. (4-28)
При одинаковом значении /а.ср ток, проходящий че-
рез вентиль в двухполупериодной схеме, в 2 раза мень-
ше, чем в однополупериодной; поэтому в двухполупери-
одной схеме вентиль допускает в 2 раза большие на-
Рис. 4-21. Кривые напряжения и
тока в двухполупериодной схеме
с учетом емкости кабеля.
—-------холостой ход;--------малая
нагрузка.
204
грузки.
Двухполупер и о д н а я
схема является электри-
чески симметричной,
средняя точка вторичной
обмотки заземляется.
В случае заземления вы-
вода питающего устрой-
ства симметрия наруша-
ется и трансформатор ра-
ботает «при попеременном
заземлении 'выводов вто-
ричной обмотки; такое
соединение в рентгенов-
ских аппаратах применя-
ется очень редко.
Рассмотрим влияние
емкости кабелей (Са и
Ск на рис. 4-17). При
холостом ходе емкости,
зарядившиеся через' вен-
тили, находятся под по-
стоянным напряжением
равным половине ампли-
т^уды напряжения трансформатора, и на -выходе
питающего устройства действует постоянное напря-
жение, равное этой амплитуде/ При нагрузке ем-
кости периодически заряжаются через вентили и раз-
ряжаются через рентгеновскую трубку. На рис. 4-21
изображены кривые напряжений и токов при холостом
ходе и относительно небольшой нагрузке. Как мы видим,
влияние емкостей в двухполупериодной схеме такое же,
как и в однополупериодной вентильной схеме. Однако,
так как обе полуволны вторичного напряжения транс-
форматора являются рабочими, зарядка емкостей проис-
ходит в каждый полупериод и анодное напряжение пуль-
сирует с удвоенной частотой.
Пульсации напряжения на выходе питающего устрой-
ства могут быть вычислены по формуле
JJ — и = ~ = /а ~ т (4-29)
а.макс ^а.мип 2(7 — 20 ’
S — время зарядки в долях периода, а С — емкость,
равная половине емкости Са или Ск (считаем их равны-
ми). При увеличении нагрузки пульсации возрастают;
при достаточно большом анодном токе они становятся
равными максимальному значению напряжения.
Болес подробно двухполупериодная схема примени-
тельно к питающим устройствам рентгенодиагностиче-
ских аппаратов рассматривается в [Л. 118].
4-5. СХЕМЫ С ШЕСТИ- И ДВЕНАДЦАТИФАЗНЫМ
ВЫПРЯМЛЕНИЕМ
Схема с шестифазным выпрямлением изображена на
рис. 4-22. Она называется также трехфазной мостовой
схемой1. Для рассмотрения работы схемы обратимся
к векторной диаграмме, представленной на рис. 4-23.
Здесь и Г/зипке— ЗМПЛИТуДЫ фаЗНЫХ HH-
пряжений трансформатора при соединении его вторичной
обмотки в звезду. Эти векторы вращаются против часо-
вой стрелки с круговой частотой со, причем проекции век-
торов на вертикальную ось АОА' представляют собой
мгновенные значения фазных напряжений:
11\~ /Диаке Sin й)/,
•’ Эта схема была предложена А. Н. Ларионовым в 1923 г. для
мощных выпрямительных установок, где получила большое распро-
странение.
205
Щ—£Дмакс sin (cot
«3---^Дмакс Sin f (oZ 3 IT j .
Междуфазные напряжения в каждый момент време-
ни представляют собой разности между мгновенными
Рис. 4-22. Схема с ше-
стифазным выпрямле-
нием.
Рис. 4-23. Векторная диаграмма
напряжении трехфазной системы,
соединенной в звезду.
значениями соответствующих фазных напряжений:
^12 --^2-----------1^"^^макс sin (oZg
(Z23 = U2 U3 = Т^^ЗС^макс sin (at J
W3i — w3 J^"3{/j4aKC sin (<&t g
Примем, что фазное напряжение положительно, ког-
да «конец» фазной обмотки имеет положительный по-
тенциал по отношению к «началу», причем все начала
будем считать соединенными в нулевой точке. Тогда
в интервал времени h—(рис. 4-24) междуфазное на-
пряжение Ui2 через вентили и V5 (рис. 4-22) оказыва-
ется приложенным к рентгеновской трубке, Под дейст’
206
вием этого напряжения через фазные обмотки 1 и 2,
вентиль Vi, рентгеновскую трубку и вентиль 14 проходит
ток, являющийся анодным
В момент времени 4 =
= 4 + 776 убывающее фаз-
ное напряжение и2 срав-
нивается е возрастающим
фазным напряжением и3,
потенциал точки с оказы-
вается ниже потенциала
точки b и ток переходит
с вентиля 14 на вентиль
14. В интервале времени
4—4 к трубке приложено
междуфазное напряже-
ние u3i = Ui3 и анодный ток
проходит через фазные
обмотки 1 и 3, вентиль
14, трубку и вентиль 14-
током рентгеновской трубки.
В момент времени 4
уменьшающееся фазное
напряжение Hi сравнива-
ется с возрастающим
фазным напряжением и2,
потенциал точки b стано-
вится выше потенциала
точки а, ток переходит
с вентиля Vi на вентиль
14 и к трубке оказывает-
ся приложенным между-
фазное напряжение и23.
Продолжая подобное
рассмотрение до момента
времени / = Г + 4, убежда-
емся, что кривая анодно-
го напряжения составле-
о—----------
Рис. 4-24. Кривые напряжений и
токов схемы с шестифазпым вы-
прямлением.
-------холостой ход; ------— на-
грузка.
на из верхушек 'синусоид
междуфазных напряжений. Его максимальное значение
(если пренебречь падением напряжения на вентилях)
равно амплитуде междуфазпого напряжения, минималь-
ное же значение равно:
а.мии — ^а.макс COS g
0,87(7а.макс
207
Следовательно, пульсации равны
t/а.макс—Uа.мин== ОД 3£/а.макс*
Частота их в 6 раз выше частоты напряжения транс-
форматора.
Если принять, что ток переходит с одного вентиля на
другой мгновенно, то в каждый момент времени ток про-
водят лишь два вентиля. Каждую 1/6 часть периода про-
исходит переход тока с одного вентиля на другой. Каж-
дый вентиль проводит ток в течение 1/3 части периода,
в остальное время к нему приложено обратное напряже-
ние. На рис. 4-24 приведена в качестве примера кривая
обратного напряжения на вентиле К3. В течение 1/3 пе-
риода, когда проводит ток вентиль это напряжение
равно междуфазному напряжению u3i; в течение следую-
щей 1/3 периода, когда ток проходит через вентиль Vz>
оно равно междуфазному напряжению и2з- Максимальное
значение обратного напряжения на вентиле равно ам-
плитуде междуфазного напряжения.
Если принять соответственно рис. 4-24, что кривая
анодного тока трубки повторяет кривую напряжения, то
^а.макс ~ 1 >05/а.ср* (4-30)
Мощность, воспринимаемая анодом трубки, вычисля-
ется по формуле
Р & = 0,95 t/a. макета. ср- (4-31)
Ввиду сравнительно малых пульсаций напряжения и
тока энергия воспринимается анодом в течение периода
значительно более равномерно, чем в однофазной двух-
полупериодной схеме. Это повышает допустимые нагруз-
ки трубки при коротких выдержках, в особенности у тру-
бок с вращающимся анодом (§ 5-3).
Действующее значение вторичного тока трансформа-
тора для кривой этого тока, изображенной на рис. 4-24,
может быть вычислено по формуле
^действ — 0,82/а.ср
(4-32)
Кривые, изображенные на' рис. 4-24, не учитывают
искажения напряжения, обусловленного падением напря-
жения в главной цепи; следует, в частности, указать, что
ток с одного вентиля переходит на другой не мгновенно,
а в течение некоторого небольшого отрезка времени и
208
две фазные обмотки оказываются включенными парал-
лельно.
Если пренебречь влиянием индуктивностей рассеяния
и емкостей высоковольтных кабелей, то для схемы
рис. 4-22, в которой вторичная и первичная обмотки со-
единены в звезду, уменьшение максимума напряжения
на выходе может быть выражено формулой
А ^а.макс — а.максК + 2AUv, (4-33)
где R— сопротивление одной фазной ветви главной цепи.
Если принять, что максимум напряжения на трубке
и мощность, воспринимаемая ее анодом, для однофаз-
ной и трехфазной мостовых схем одинаковы, то
Д^а.макс м f
& б^а.макс Г
где величины без штриха относятся к однофазной схеме,
а со штрихом — к трехфазной. Используя приведенные
ранее численные значения, получаем:
А^а.макс _ 1,05 0,74^ л р
^а.макс “ Е4 *0,95
т. е. уменьшение напряжения в трехфазной схеме значи-
тельно меньше, чем в однофазной. При одинаковой ве-
личине Af/а.макс, наоборот, сопротивление главной цепи
в трехфазной схеме может быть взято в 1,6 раза боль-
шим, чем в однофазной. Кроме того, трехфазная схема
создает равномерную нагрузку фаз питающей сети.
Индуктивности рассеяния в трехфазных схемах ока-
зывают более существенное влияние, чем в ранее рас-
смотренных однофазных, уменьшая, в частности, напря-
жение на выходе питающего устройства, причем это
влияние возрастает с увеличением нагрузки. По данным
[Л. 119] формула (4-33) дает удовлетворительные ре-
зультаты при
<оА<0,2 Уа маке ,
* а.Макс
где L — индуктивность одной фазной ветви главной цепи.
Емкости кабелей оказывают заметное влияние, на-
оборот, при малых нагрузках. Из рис. 4-24 видно, что
в предельном случае холостого хода эти емкости заря-
жаются до постоянного напряжения, равного амплитуде
фазной э. д. с. трансформатора. При этом на выходе бу-
14—1434 209
Дет постоянное напряжение, равное удвоенной ампли-
туде:
2
Е а 2£макс= £а.макс »16£а.макс,
где Е'а — напряжение при холостом ходе при наличии
емкостей, а £а.макс — в их отсутствие. При переходе от
холостого хода к нагрузке напряжение вначале из-за
разрядки емкостей уменьшается быстро, а затем, когда
вступает в действие соотношение (4-33), — гораздо мед-
леннее. В качестве примера укажем, что при U а.макс —
= 100 кВ и суммарной емкости кабелей (в последова-
тельном соединении) 1 000 пФ с влиянием емкостей мож-
но не считаться при /а^15 мА.
Таким образом-, при малых нагрузках емкости кабе-
лей уменьшают пульсации напряжения против указан-
ного ранее расчетного значения 0,13t/a.MaKc. При боль-
ших нагрузках оказывают влияние: активные сопротив-
ления в главной цепи — в сторону уменьшения пульса-
ций и индуктивности рассеяния — в сторону их увеличе-
ния. В итоге в схеме с шестифазным выпрямлением при
больших нагрузках пульсации обычно составляют 15—
20% максимума напряжения на выходе, Дополнитель-
ной причиной увеличения пульсаций может явиться не-
равенство максимумов вторичных фазных напряжений
главного трансформатора, обусловленное отклонением
числа витков вторичной обмотки от расчетного из-за по-
грешности при намотке.
Если нулевая точка вторичной обмотки трансформа-
тора заземляется, то выводы питающего устройства нахо-
дятся при нагрузке по отношению к земле под пульси-
рующим напряжением, максимум которого превышает
половину максимального напряжения между выводами.
Действительно, в то время как кривая напряжения меж-
ду выводами состоит из верхушек синусоид междуфаз-
ных напряжений, кривая напряжения между выводом и
нулевой точкой состоит, как нетрудно убедиться из
рис. 4-24, из верхушек синусоид фазных напряжений и
пульсирует с утроенной (а не ушестеренной) частотой
в пределах от t/макс до 0,5//Макс, где t/макс — амплитуда
фазного напряжения. Следовательно, максимум напря-
жения между выводом и нулевой точкой равен:
TJ ---- ^а.макс Л КО ТJ ______ 1 |С Uа.макс
О'макс— — v,Oo(7a MaKc— 1,10 ----------’
210
причем максимум напряжения одного вывода не совпа-
дает по времени с максимумом другого. Таким образом,
в рассматриваемой схеме имеется асимметрия напряже-
ний относительно земли. Увеличение пульсаций повыша-
ет эту асимметрию.
Асимметрия заставляет снижать предельно допусти-
мое напряжение на выходе питающего устройства па
10—15% и тем самым не полностью использовать труб-
ку по напряжению. Для уменьшения асимметрии иногда
включают между каждым из выводов и землей высоко-
вольтные конденсаторы (располагая их в общем баке
высоковольтного генератора). Это приводит к уменьше-
нию пульсаций напряжения между выводами и землей,
а также и между самими выводами, т. е. на трубке. От-
дача рентгеновских лучей при этом возрастает за счет
повышения предельно допустимого напряжения и за
счет уменьшения пульсаций. Для защиты трубки от бы-
строй разрядки конденсаторов (когда трубка «газит»)
в высоковольтную цепь следует включать многоомные
сопротивления. В отличие от одпополупсриодной схемы
(§ 4-3) и схемы удваивания (§ 4-7) эти сопротивления
включаются обычно последовательно нс с трубкой,
а с конденсаторами.
Попытаемся установить зависимость пульсаций напря-
жения от емкости конденсаторов. Для одно- и двухпо-
лупериодной однофазных схем были даны соотношения
(4-16) и (4-29), которые можно представить в обобщен-
ном виде как
и -и
Смаке Смин
где для однополупериодной схемы n = 1, а для двухполу-
периодной п = 2. Казалось бы, подставляя в эту формулу
п = 3, можно рассчитать пульсации напряжения между
выводом и землей в трехфазной схеме с шестифазным
выпрямлением. К сожалению, этот путь, как мы сейчас
увидим, нс дает возможности оценить пульсации с до-
статочной точностью.
На рис. 4-25 изображены кривые: — напряжения
между выводом и землей; ic— тока конденсатора, нахо-
дящегося под этим напряжением; — вторичного тока
фазных обмоток трансформатора. Анодный ток рентге-
новской трубки /а для упрощения представлен постоян-
ным. В течение времени t\ происходит зарядка коп-
14е 211
денсатора и ток трансформатора разделяется между ем-
костью и трубкой; в течение времени —К емкость раз-
ряжается через трубку, однако в отрезке К—t2 трубка
одновременно получает также питание от трансформато-
Рис. 4-25. К расчету пульсаций на-
пряжения между выводом и зем-
лей в схеме с шестпфазпым вы-
прямлением.
может быть оценена лишь по
муле.
^Смакс
; ра, что уменьшает разряд-
\ ный ток емкости. Поэтому
количество электричества,
прошедшее через трубку
• за время tit—12 (площадь
• S2 + S3), больше количе-
ства электричества, от-
данного емкостью (пло-
щадь S2 = Si). Нам неиз-
вестна также величина б,
представляющая собой
относительное время за-
рядки емкости, которое
здесь по длительности мо-
жет приближаться ко
времени разрядки. В ито-
ге .величина пульсаций
между выводом и землей
весьма‘приближенной фор-
КТ
ип 6С •
Еще с большей возможной погрешностью можно счи-
тать, что пульсации напряжения между выводами
в 2 раза меньше пульсаций между выводом и землей,
вычисленных по этой формуле.
. Естественно, что формула (4-33) при заметном сгла-
живании конденсаторами напряжения также теряет свою
точность. Величина Д£7П.ЛТПКГ будет зависеть от соотно-
шения параметров R, L и С. Действующее значение вто-
ричного тока с увеличением сглаживания возрастает по
сравнению с формулой (4-32).
Фирма Филипс в рентгенодиагностических аппаратах
большой мощности использует схему с шестифазным вы-
прямлением, имеющую наряду с высоковольтными кон-
денсаторами высоковольтный дроссель, включенный меж-
ду средней точкой вторичной обмотки и землей
(рис. 4-26). При холостом ходе, как и в обычной схеме
с шестифазным выпрямлением, напряжение между выво-
212
дом схемы и землей постоянно и равно амплитуде вто-
ричного фазного напряжения трансформатора, напряже-
ние же на дросселе равно нулю. При нагрузке с появ-
лением пульсаций постоянная составляющая напряжения
между выводом и землей понижается, оставаясь, естест-
венно, по-прежнему полностью приложенной к конденса-
тору, переменная же составляющая распределяется
между конденсатором и дроссе-
лем. Доля, приходящаяся на
дроссель, зависит от соотноше-
ния индуктивности дросселя и
емкости конденсатора. Уменьше-
ние переменной составляющей
напряжения на конденсаторе рав-
нозначно уменьшению пульсаций
напряжения между выводом и
землей (а также и между выво-
дами). В итоге при заданной ве-
личине пульсаций такая схема
позволяет уменьшить емкость
конденсаторов. На рис. 4-26 не
показаны емкости высоковольт-
ных кабелей и многоомные успо-
коительные сопротивления.
Асимметрия напряжений
Рис. 4-26. Схема с шести-
фазным выпрямлением
с дросселем в средней
точке с дополнительны-
ми емкостями на выходе.
полностью устраняется при-
менением сдвоенной схемы (рис. 4-27). Здесь в каждый
момент времени напряжение между выводом и землей
равно половине напряжения между выводами, а величи-
на пульсаций одинакова для полного напряжения и по-
ловины его. Напряжение на вентилях в 2 раза меньше,
а число вентилей в 2 раза больше, чем в простой схеме.
поэтому сдвоенная схема применяется лишь при исполь-
зовании полупроводниковых выпрямителей. Кроме того,
эта схема значительно усложняет конструкцию главного
трансформатора.
В согласии с формулой (4-33) уменьшение напряже-
ния на выходе питающего устройства может быть пред-
ставлено в виде
А U а.макс — Да.макс [2(7?! + /^) (2^тр+4/?2] + 4Д[/г, (4-34)
где Rt — сопротивление одной фазной первичной обмот-
ки; /?л— сопротивление одного провода сети; kT — фаз-
ный коэффициент трансформации главного трансформа-
213
Рис. 4-27. Сдвоенная схема с ше-
стифазным выпрямлением.
тора (соответствующий одной первичной и одной вторич-
ной обмоткам); /?2 — сопротивление одной фазовой вто-
ричной обмотки и hUv— падение напряжения на одном
высоковольтном вентиле. Главный трансформатор для
упрощения будем считать присоединенным прямо к пи-
тающей сети без регулировочного автотрансформатора.
Поскольку /?2, и здесь в 2 раза меньше, чем в схе-
ме рис. 4-22, то уменьшение максимума напряжения
в обеих схемах одинако-
во. Если в схеме рис. 4-27
хотят уменьшить пульса-
ции напряжения на выхо-
' де, то также включают
высоковольтные конден-
саторы.
Стремление" к умень-
шению пульсаций приве-
ло к использованию схе-
мы с двенадцатифазным
•выпрямлением (рис. 4-28).
В отличие от схемы
рис. 4-27 одна из вторич-
ных обмоток главного
трансформатора соединя-
ется здесь вместо звезды
в треугольник, что дает сдвиг фаз на угол л/6 между
напряжениями половин схемы.
Результирующая кривая напряжения представлена на
рис. 4-29. Максимальное напряжение на выходе равно:
.макс ~ 2t/MnKC sin -у2 === 1,932£7макс,
а минимальное напряжение
. ма к с —- £Дла к с Ч” t/макс sin — 1,866(/макс;
в обеих формулах t/макс — максимум напряжения поло-
вины схемы. Следовательно, пульсации равны
t/a маке — t/a мттп~ 0.066[7макс«0,035Уа .макс,
т. е. составляют всего 3,5% максимального напряжения
на выходе. Действительные пульсации в 1,5—2 раза
больше, что объясняется, помимо влияния индуктивно-
стей рассеяния и погрешностей при намотке, также вза-
имным влиянием вторичных обмоток главного трансфор-
матора, принадлежащих разным половинам схемы,
214
Отношение
О U маке
z U
и а. макс
—!—=—!—=i 04
. 5 0,966
sin -j2" к
является мерой увеличения общего коэффициента транс-
формации главного трансформатора по сравнению со
схемой с шестифазным выпрямлением. Это отношение
Рис. 4-28. Схема с двенадцатифаз-
ным выпрямлением.
Рис. 4-29. Кривые напряжения
схемы с двенадцатифазным вы-
прямлением.
одновременно является и мерой асимметрии напряже-
ний. Таким образом асимметрия незначительна и ее
обычно не принимают во внимание, хотя увеличение
пульсаций приводит к ее повышению.
Максимальное значение анодного тока трубки при-
ближается к среднему значению:
/ а.макс — 1,02/а.ср* (4-35)
Мощность, воспринимаемая анодохм трубки, может
быть определена по формуле
Да~ 0,98£7а.макета.ср- (4-35)
Действующее значение вторичного тока в обмотках,
соединенных в звезду, вычисляется по формуле (4-32):
/ гдейств^ — 0,82/а.ср-
Действующее значение тока в обмотках, соединенных
в треугольник, в у 3 раз меньше:
1т = '-^- = М71..ср. (4-36)
215
Сопротивление фазной обмотки в треугольнике
в 3 раза больше, чем в звезде; поэтому потери в меди
в обеих обмотках одинаковы.
Если пренебречь влиянием индуктивностей рассеяния
и емкостей высоковольтных кабелей, то уменьшение на-
пряжения на выходе питающего устройства можно вы-
числить по формуле
М/а.макс = /а.макс [-Ц^- (V (R. + Rn) +
+ 4/?2]+4M7v,
(4-37)
в которой условные обозначения те же, что и в формуле
(4-35), а коэффициент трансформации £т относится к по-
ловине схемы, соединенной по системе звезда — звезда.
Так как kT в этой схеме в (1,04)2 раза больше, чем в схе-
ме рис. 4-27, а
(1,04)2=1,
то уменьшение напряжения здесь такое же.
Применив в схеме с двенадцатифазным выпрямлением
два отдельных трансформатора, можно вместо вторичной
соединить в треугольник первичную обмотку одного из
трансформаторов. Использование отдельных трансфор-
Рис. 4-30. Другая модификация
схемы с двенадцатифазным вы-
прямлением.
маторов утяжеляет высо-
ковольтный генератор,
позволяя одновременно
разделить его на две по-
ловины: катодную и анод-
ную (в отдельных ба-
ках). Разделение транс-
форматоров позволяет
также исключить взаим-
ное влияние обмоток раз-
личных половин схемы.
На рис. 4-30 изобра-
жена другая модифика-
ция схемы с двенадцати-
фазным выпрямлением.
Здесь вторичные обмотки
обеих половин в свою
очередь разбиваются по
216
напряжению пополам. При этом обмотки новых половин
соединяются — одна в звезду, другая — в треугольник;
последовательность соединений обмоток в треугольниках
выбрана такой, что напряжения одного треугольника
оказываются сдвинутыми
на угол л/3 по отноше-
нию к напряжениям дру-
гого. В итоге между на-
пряжениями обеих поло-
вин получается требуе-
мый сдвиг фаз на угол
л/6. Достоинством этой
схемы является полная
симметрия в- смысле про-
хождения токов в обеих
половинах.
Рассмотрим кривые
токов на первичной сто-
роне схемы с шестифаз-
ным выпрямлением без
учета влияния парамет-
ров L и С. На рис. 4-31
такие кривые даны слева
для системы звезда —
звезда, справа — для си-
стемы треугольник —
звезда. Под и2 и и3
здесь следует понимать
первичные фазные на-
пряжения трансформато-
ра при одинаковом сете-
вом напряжении для
звезды и треугольника.
Одновременно принима-
Рис. 4-31. Кривые напряжений и
токов в схеме с шестифазным вы-
прямлением при соединении об-
моток.
Слева — звезда—звезда; справа — тре-
угольник-звезда.
ется, что одинаково и на-
пряжение на выходе схемы, пульсации которого даны
здесь же в приведенном масштабе.
В случае соединения первичной обмотки в звезду пер-
вичные токи одновременно будут и линейными токами
питающей сети. В случае соединения в треугольник ли-
нейные токи являются результатом сочетания первичных
токов и имеют иную форму кривой. Чередование токов
в обмотках и получение результирующих линейных токов
в течение полупериода, когда фазное напряжение пере-
217
ходит от положительного максимума к отрицательному,
дано на рис. 4-32, согласованном с рис. 4-31. Следует
помнить, что первичные токи по направлению и величине
определяются вторичными токами, которые в свою оче-
редь задаются током нагрузки, т. е. анодным током
трубки.
На рис. 4-31 представлены также кривые Aw — умень-
шения междуфазного напряжения сети из-за падения
напряжения в линии. Следует указать, что эти кривые
не следует сопоставлять по
величине мгновенных значе-
Рис. 4-32. Прохождение токов
через трансформатор в схеме
с шестифазным выпрямлением
при соединении обмоток.
нии с кривыми соответст-
вующих напряжений, изо-
браженными на том же ри-
сунке, поскольку: а) эти
последние даны без учета
падения напряжения в глав-
ной цепи и б) масштабы
кривых и и Aw нс согласо-
ваны.
В случае звезды форма
кривой Aw обусловливается
тем, что в течение 1/6 пе-
риода падение напряжения
происходит в одном линей-
ном проводе (рис. 4-32),
в течение следующей 1/6 пе-
риода— в обоих (для дан-
ного междуфазного напря-
жения) проводах, в после-
дующую 1/6 периода —
вновь в одном проводе. В
случае треугольника в те-
чение 1/6 периода уменьше-
ние междуфазного напря-
жения равно нулю, так как
токи в соответствующих ли-
нейных проводах проходят
в противоположных направ-
лениях. В течение следую-
щей 1/6 периода падениепа-
Слева — звезда—звезда, справа —
треугольник—звезда.
пряжения в одном линейном проводе обусловливается
прохождением одинарного, а в другом —двойного фазно-
го тока; то же имеет место и в следующую 1/6 периода.
В итоге кривые Aw для звезды и треугольника по форме
218
отличаются друг от друга,_причем максимум для тре-
угольника составляет V 3:2 = 0,87 максимума для
звезды.
Сопоставим для обоих случаев общее сопротивление
главной цепи. Примем, как и раньше, что главный
трансформатор присоединен прямо к питающей сети без
регулировочного автотрансформатора. Сопротивление
вентилей будем считать линейным, что дает право вно-
сить его в состав сопротивления /?2-
Вначале будем оперировать сопротивлениями, приве-
денными ко вторичной цепи. В момент, когда напряже-
ние на трубке равно, максимуму:
= (2^^270/? 4-2/?2
И
Ядп = (1 > + 0,5/<) (2/гт)2 + Ж-
Здесь 7?л — сопротивление одного провода линии;
— сопротивление первичной фазовой обмотки; —
сопротивление вторичной фазной обмотки и &т— фазный
коэффициент трансформации главного трансформатора.
В случае треугольника в указанный момент времени:
а) по одной фазной обмотке течет одинарный, а по дру-
гой— двойной ток; поэтому берется полуторакратное
значение б) напряжения на обеих фазных обмотках
одинаковы и можно считать первичные обмотки соеди-
ненными параллельно, вторичные — последовательно; по-
этому берется половинное значение а /гт удваивается,
что соответствует соотношению мгновенных значений на-
пряжений на входе и выходе.
При равенстве междуфазных напряжений для
треугольника и звезды одинаково, для треугольника Ri
в 3 раза больше, /гт — в Y 3 раз меньше., Поэтому
= 2(/?л4-/-<)^ + 2/?2>
где Ri и &т взяты для соединения в звезду, т. е. приве-
денные сопротивления одинаковы для обоих случаев.
Будем теперь оперировать сопротивлениями, приве-
денными к первичной цепи. Для того же момента вре-
219
менй
т*
И
^=1.5/?л+ 0,5/?, + ^.
Приводя тругольник к звезде, получаем:
/?т
где и kT вновь взяты для соединения в звезду. Отсюда
отношение
'
вместо того, чтобы, как в предыдущем случае, быть рав-
ным единице. Объяснение следует искать в том, что, ког-
да напряжение на трубке равно максимуму, междуфаз-
ное напряжение в случае звезды также принимает мак-
симальное значение, в случае же треугольника оно в этот
момент равно:
^макс sin —3- = 0,87£/макс,
т. е. сопротивление как бы приводится к цепи с меньшим
напряжением. При этом, как мы видели выше, соответ-
ственно уменьшается и максимум Д^сети для треуголь-
ника по сравнению со звездой, поэтому относительное
уменьшение напряжения одинаково, что вновь свидетель-
ствует об эквивалентности звезды и треугольника.
Рассмотрим кривые токов на первичной стороне схе-
мы с двенадцатифазным выпрямлением, причем примем,
что обе половины схемы имеют отдельные трансформа-
торы, вторичные обмотки которых соединены в звезду,
а первичные — одна в звезду, другая в треугольник. Это
позволяет использовать кривые токов рис. 4-31, совме-
щая их таким образом, чтобы кривые междуфазных на-
пряжений звезды совпали с фазными напряжениями
треугольника (например и22 совпало с и2), поскольку и
те и । другие являются теперь кривыми напряжения об-
щей питающей сети. При этом следует учитывать, что
220
а) при тех же величинах напряжения на трубке И её
анодного тока токи в половинах схемы теперь в 2 раза
меньше и б) пульсации токов имеют двойную частоту.
На рис. 4-33 представлены кривые линейных токов
для обеих половин схемы в отдельности (/j и in) и вме-
сте (/общ). Кривая ii со-
ответствует на рис. 4-31
кривой /2 для звезды, а
кривая /ц — кривой in
для треугольника. Как
видно, суммарная кривая
линейного тока прибли-
жается к синусоиде. То
же имеет место и с кри-
вой ДиСети- Выведем фор-
мулу для уменьшения
напряжения на выходе
схемы. Условимся все ве-
личины, относящиеся к
половине схемы, рабо-
тающей по системе звез-
да — звезда, обозначать
индексом' А, а относя-
щиеся к половине, рабо-
тающей по системе тре-
угольник — звезда, — ин-
дексом Д.
В момент, когда на-
пряжение на трубке рав-
но максимуму, падение
напряжения в двух наи-
т
Рис. 4-33. Кривые напряжений и
токов в схеме с двенадцатифаз-
ным выпрямлением.
более нагруженных проводах питающей сети создается
однократным током системы звезда — звезда и полуто-
ракратным током системы треугольник — звезда, т. е.
Д^сети — (ЛмаКСА + 1 ’5Лмпксд)
так как /. .—I : |/3, то
1максД 1максл *
Д^сети — (2 Н /3) /1максА/?л.
Приводя Д(/сети ко вторичной стороне путем умноже-
ния на общий коэффициент трансформации, равный ЛТ12=
221
—Mi , и используя соотношение /1ткс. ==/а.макс/<г1. ПО-
1А 1 мило д *Д
лучаем:
д^е,ип = 2(2 + /3)/а.макс/<Д.
Падение напряжения в первичных обмотках системы
звезда -звезда равно:
а приведенное ко вторичной цепи
А^1АЦ =z ^/а.макс^^Тд/
Падение напряжения в первичной обмотке системы
треугольник — звезда равно;
^ЛмаксД /?1Д — И3/1макс А^1А,
поскольку /?1Д=3/?1Л. Приводя это падение напряжения
ко вторичной цепи, следует иметь в виду, что в рассма-
триваемый момент времени напряжение на выходе си-
стемы треугольник — звезда равно напряжению на ее
входе, умноженному на 0,5Ati2=A . Поэтому
1ДП =]/"3 /а.макс^] А^тА*
Суммируя приведенные сопротивления и добавляя со-
противления вторичных обмоток, окончательно получаем
полное уменьшение напряжения на трубке:
Д^а.макс — 1(2,+ /%} (2/?д 4" ^1А) ^А + 4^2] 4.макс-
В этой формуле величина в 2 раза больше, чем
в формуле (4-37), поскольку здесь — отдельные первич-
ные обмотки у половин схемы, а там — общая. Кроме
того, в этой формуле сопротивление вентилей включено
в состав У?2. В остальном формулы одинаковы, т. е. пол-
ное уменьшение напряжения не зависит от того, соеди-
нена в треугольник вторичная или первичная обмотка.
Однако распределение максимума напряжения^ между
половинами в рассматриваемом случае не совсем равно-
мерное, поскольку при ^!д = 3/?1л падение напряжения в
первичной обмотке в системе звезда—звезда в 1,15 раза
больше, чем в системе треугольник—звезда. Для устра-
222
нения этой неравномерности соотношение сопротивлений
должно быть изменено на /?]д = 3,45/?1Л, что достигается
уменьшением /?1л в отношении (l/*3-|-2):2 и увеличением
/?1Д в отношении (]/3-|-2): 1/3, суммарное же сопротив-
ление первичной цепи остается без изменения.
Деля формулу для /7а,макс па Да.маКс, получаем выра-
жение для общего сопротивления главной цепи, приве-
денного кг вторичной стороне:
_ /г
Р+ /3) (2й + «1Л) -^ + 4^.
Так как /гтв = 0,966/еТ1?» а
=<0'966)1=7Г(мГ’
^общП12 = + /?]Л 4" 4/?2) /Стб = #сбщ11б ,
что совпадает с выводами, сделанными ранее в отноше-
нии уменьшения напряжения в схемах рис. 4-27 и 4-28.
Деля выражение для /?сбщ1112 на /г^, получаем выра-
жение для общего сопротивления главной цепи, приве-
денного к первичной стороне:
Sl2
= (0,966)" (2ft,-+ R, (\ = O,966R1;S_,IIS.
Такое соотношение объясняется тем, что, когда напря-
жение на трубке равно максимуму, первичное напряже-
ние равно:
5
^макс '— 0,966/7макс•
Из приведеннЫ/Х расчетов видно, что для трехфазпых
схем выпрямления строго говоря, следует различать «ко-
эффициент трансформации по виткам» и «коэффици-
ент трансформации по напряжениям», подразумевая под
последним отношение мгновенных значений напряжения
и именно в момент, когда напряжение па трубке равно
223
максимуму. Коэффициенты трансформации разнятся,
если максимум напряжения на выходе схемы (или ее
половины) сдвинут по времени относительно максимума
на входе.
4-6. СХЕМА УДВАИВАНИЯ С ПУЛЬСИРУЮЩИМ
НАПРЯЖЕНИЕМ
В схемах удваивания вторичное напряжение трансформатора
при помощи высоковольтных вентилей и высоковольтных конден-
саторов превращается в пульсирующее пути практически постоянное
напряжение с максимальным значением, в 2 раза большим ампли-
туды вторичного напряжения трансформатора.
Схема удваивания с
енный период постепенно
Рис. 4-34. Схема удваи-
вания с пульсирующим
напряжением.
пульсирующим напряжением в послево-
уступила место схеме удваивания со сгла-
женным напряжением, обеспечивающей
более высокую отдачу рентгеновских
лучей. В этот период отказались также
от схемы утранвания напряжения
[Л. 120]. Мы, однако, рассмотрим здесь
схему удваивания с пульсирующим на-
пряжением, поскольку в эксплуатации
еще можно встретить аппараты, в ко-
торых используется эта схема.
Схема удваивания с пульсирующим
напряжением, в которой заземлен анод
рентгеновской трубки, изображена на
рис. 4-34. Здесь С— емкость основного
конденсатора, а Ск — емкость кабеля,
посредством которого рентгеновская
трубка присоединяется к питающему
устройству.
Рассмотрим вначале работу схемы
без учета влияния емкости кабеля.
Начнем с холостого хода, при котором
эта схема идентична однополупериодной вентильной схеме (рис. 4-14).
Конденсатор С заряжается через вентиль до постоянного напряже-
ния, равного амплитуде вторичного напряжения трансформатора
при холостом ходе: £/с = Е2макс. Напряжение на выходе схемы
можно согласно кривым рис. 4-35 выразить формулой
Wa — Uc—W-г — Л2макс('1—Sine)/).
Это напряжение является одновременно и обратным напряже- '
нием на вентиле. Его максимальное значение в момент времени t=
= равно удвоенной амплитуде напряжения трансформатора:
Еа. м а к с = 2Е2 макс-
Предположим теперь, что встречно-параллельно вентилю включе-
на рентгеновская трубка. Работа схемы (как и однополупериодной
вентильной) состоит из двух чередующихся процессов: зарядки кон-
денсатора через вентиль и его разрядки через рентгеновскую трубку.
Пусть в некоторый момент времени t=t\ окончилась зарядка
224
конденсатора, напряжение на пом равно максимуму и начинаете*
его разрядка (рис. 4-35). >По мере разрядки напряжение на кондеи
саторе постепенно уменьшается. Разрядный ток конденсатора про-
ходит через вторичную обмотку трансформатора и рентгеновскую
трубку. Если принять, что рентгеновская трубка работает с идеаль-
ным насыщением, то величина разрядного тока от напряжения н<-
зависит и в течение всего времени разрядки остается постоянной-
вследствие этого напряжение
конденсатора уменьшается рав-
но-мерно. Напряжение на выхо-
де схемы, как и при холостом
ходе, равно:
«а = «с—«т-
В момент t~ti, ua = 0. В
интервале времени t = ti до t =
-ЗТ/4 напряжение ил возра-
стает. В момент t = 3T/4 напря-
жение трансформатора дости-
гает максимума; почти одно-
временно достигает максимума
и напряжение ил. Величина
(/а.макс из-за уменьшения на-
пряжения .конденсатора меньше
удвоенной амплитуды напряже-
ния трансформатора.
После того как напряже-
ние трансформатора достигло
максимума, оно уменьшается,
проходит через нуль (t = T) и
вновь начинает увеличивать-
ся. Когда увеличивающееся
напряжение трансформатора
становится равным уменьшаю-
щемуся напряжению на кон-
денсаторе (/ = /2), разрядка
конденсатора оканчивается и
начинается его зарядка. На-
пряжение «а в интервале вре-
мени от t=3T/4 до t = t2 по-
нижается и в момент t = t2
Рис. 4-35. Кривые напряжений и
токов в схеме удваивания с пуль-
сирующим напряжением.
---- — холостой ход; ---- — и»»
грузка.
становится равным нулю.
Зарядный ток конденсатора проходит через вторичную обмотку
трансформатора и вентиль. Если пренебречь при этом падением на-
пряжения на вентиле, то анодное напряжение рентгеновской трубки
при зарядке равно нулю. Во время зарядки напряжение на кон-
денсаторе увеличивается и в момент + Г оно достигает макси-
мума. В этот момент кончается зарядка конденсатора и вновь на-
чинается его разрядка. Нетрудно видеть, что время зарядки и время
разрядки в сумме равны периоду. Отметим также, что при уста-
новившемся режиме количество -электричества, полученное конденса-
тором при зарядке, равно количеству электричества, отданному им
при разрядке, т. е. площади Si и S2 (рис. 4-35) равны между собой
и через вторичную обмотку трансформатора протекает чисто пеое-
менный ток.
15-1434
225
Анодный ток рентгеновской трубки ib питающих устройствах
с удваиванием напряжения сравнительно невелик, а анодное напря-
жение обычно высоко. Поэтому принятое упрощение, что трубка
работает с идеальным насыщением, не слишком сильно расходится
с действительностью. При этом анодный ток, являющийся одно-
временно разрядным током конденсатора, остается неизменным все
время разрядки и равен:
'a = /a.cP^=i4S («б)
где /а.ср — среднее (за период) значение анодного тока, а б — время
зарядки конденсатора в долях периода. 'Величина
Д^ = /а(1_6)Г=/а.сРТ
(4-39)
представляет собой количество электричества, отданное конденса-
тором за время разрядки.
В питающих устройствах с удваиванием напряжения емкость
конденсатора берется обычно такой величины, чтобы пульсация на-
пряжения на емкости .не превышала 15—20%; для расчета пульса-
ции используется формула '(4-16), которая при помощи соотношения
(4-39) приводится к виду
^СМакс-^мПн=^- (4-40)
4 -
Рис. 4-36. Упрощен-
ная схема замещения
при зарядке конден-
сатора в схеме удваи-
вания.
По этой формуле, задаваясь анодным током и пульсацией, лег-
ко найти необходимую величину емкости.
Таким образом, конденсатор разряжается далеко не полностью;
время зарядки значительно меньше времени разрядки (6 = 0,254-
0,35), и зарядный ток может достигать больших значений. Благодаря
этому при зарядке происходит искажение
кривой вторичного напряжения трансфор-
матора.
До прохождения зарядного тока через
максимум напряжение трансформатора
меньше э. д. с. холостого хода из-за актив-
ного падения напряжения и наличия э. д. с.
самоиндукции рассеяния, которая при воз-
растании тока направлена навстречу на-
пряжению. В момент, когда зарядный ток
проходит через максимум, э. д. с. само-
индукции рассеяния меняет знак и начи-
нает складываться с напряжением. Это
приводит к тому, что к концу зарядки на-
пряжение трансформатора становится
большим, чем в те же моменты периода
при холостом ходе.
Максимальное значение этого напряжения, а следовательно, и
максимальное напряжение, до которого заряжается конденсатор, за-
висят от параметров L и С главной цепи (рис. 4-36), где С —
емкость основного конденсатора. Чем меньше R, тем до большего
напряжения С/смакс при прочих равных условиях заряжается кон-
денсатор. Однако сопротивление R играет и положительную роль,
понижая перенапряжения, возникающие при внезапном коротком
замыкании во вторичной цепи (например, когда «газит» вентиль или
226
рентгеновская трубка). Поэтому чрезмерное уменьшение R недопу-
стимо, и в некоторых аппаратах и в главную цепь вводится допол-
нительное ((успокоительное) сопротивление, назначение которого —
понижать эти перенапряжения (§ 4-41).
Примем, что импульс зарядного тока, проходящий через вен-
тиль, имеет форму полуволны синусоиды 'повышенной частоты <о':
1г = Лмакс sin (d't.
'Круговая частота о/ связана с круговой частотой со соотноше-
нием
со Г — w,7v=2n.
Обозначив
где б — время зарядки в долях периода, получим:
г °
W = -2У
Площадь, ограниченная полуволной синусоиды, представляет со-
бой количество электричества, полученного конденсатором при за-
рядке:
тс
Лс маке Sin wft'dt = 2^([>”altc • (4-41)
b
При установившемся режиме это количество электричества, как
уже указывалось, равно количеству электричества, проходящему при
разрядке конденсатора через рентгеновскую трубку по (4-39). От-
сюда, принимая во внимание ,(4-40), имеем:
ы'Т 71
z макс = 2 ^а.сР ~ 25 ^а.ср- (4-42)
Как уже указывалось, величину б можно принять равной
0,25—0,35.
Как показывает опыт, мощность, воспринимаемую анодом труб-
ки, можно определить по формуле
Рй. =0,7 £/а.макета.ср, (4-43)
а действующее значение вторичного тока трансформатора — из соот-
ношения
/гдсйств = (2,54-3) /а.ср- (4-44)
Переходим к расчету уменьшения максимума напряжения па
выходе питающего устройства. Этот максимум можно представить
как
^а.макс = (^c)«a-MaKC “Ь (^т^-макс- (4-45)
Примем, что к моменту, когда напряжение иа достигло макси-
мума, через трубку прошла половина количества электричества,
15* 227
дотекающего за время разрядки. Тогда
(ас)и -макс == Z/C макс “ 2С" = С максл : 2С~ (4-46)
а ч к.
Так как максимум напряжения на выходе схемы практически
совпадает с максимумом напряжения трансформатора, то
\и -макс ^гмак с &R
а
(4-47)
где luR — падение напряжения в главной цепи, обусловленное ее
активным сопротивлением. Сложив |(4-46) и (4-47) и учтя (4-38),
юл уч им:
и —и _|_£ _ /
^а.макс макс ^гмакс I 2С ’ 1 _________________д’
(4-48)
При холостом ходе £а.макс — 2£2макс- Поэтому
^^а.макс — ^а.макс ^а.макс\—«Аммане U с макс^А"
/ г R \
+ 1^\2С^Т^)- <4-49>
Величина [/смаке зависит от параметров главной цепи R, L и
С. и ее расчет весьма затруднителен. Если принять для ориенти-
Рис. 4-37. Кривые напряжений и
гоков в схеме удваивания с пуль-
сирующим напряжением с учетом
емкости кабеля.
-------холостой ход; ----- — на-
оузка.
рОВОЧНОЙ оценки [/смаке —
— Егмакс, ТО
__ / Т R \
А^а.макс — /а.ср А“ । _____
(4-50)
Емкость кабеля, посредст-
вом которого рентгеновская
трубка присоединяется к пи-
тающему устройству (Ск на
рис. 4-34), снижает максимум
напряжения на рентгеновской
трубке. Работу схемы с уче-
том влияния емкости кабеля
характеризуют кривые напря-
жений и токов, изображенные
на рис. 4-37. Как при холостом
ходе, так и при нагрузке здесь
следует учитывать- емкостный
ток, циркулирующий в цепи,
образованной емкостью основ-
ного конденсатора, вторичной
обмоткой главного трансфор-
матора и емкостью кабеля:
при возрастании напряжения
ца основной конденсатор ча-
стично разряжается на ем-
кость кабеля, что и приводит
к снижению величины [/а.макс-
Это снижение можно рассчи-
тать по формуле
С
U а.макс = (J j ^~^/а.макс> (4-51)
г28
где (/а.макс — напряжение на выходе питающего устройства в от-
сутствие кабеля; (/'а.макс — то же напряжение при наличии кабеля;
С — емкость основного конденсатора и Ск — емкость кабеля.
Если на выходе питающего устройства хотят иметь симметрич-
ное напряжение, то применяют сдвоенную схему. Работа сдвоенной
схемы в принципе не отличается от работы схемы рис. 4-34, а по-
тому мы на ней не останавливаемся.
4-7. СХЕМА УДВАИВАНИЯ СО СГЛАЖЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ
Схема удваивания со сглаженным напряжением изображена на
рис. 4-38. Рассмотрим холостой ход. Каждый из конденсаторов Ci
и Сг, зарядившись, находится под постоянным напряжением, рав-
ным амплитуде вторичного напряжения трансформатора: (7с = Емакс.
Таким образом, на выходе схе-
мы действует постоянное на-
пряжение, равное сумме на-
пряжений конденсаторов: (7а =
= 2Е2макс. Каждый из венти-
лей находится под пульсирую-
щим обратным напряжением
с максимумом, равным напря-
жению (7а-
Предположим теперь, что
через рентгеновскую трубку
под действием напряжения (7а
проходит анодный ток. Каж-
дый из конденсаторов заряжа-
ется через свой вентиль и раз-
ряжается через трубку, при-
чем зарядка одного конденса-
тора сдвинута во времени
относительно зарядки второго
конденсатора на половину пе-
риода.
Пусть в момент времени
(рис. 4-39) окончилась зарядка
Рис. 4-35. Кривые напряжений и
токов в схеме удваивания со сгла-
женным напряжением.
-----— холостой ход; ------ — на-
грузка.
Рис. 4-38 Схема
удваивания со сгла-
женным напряже-
нием.
229
конденсатора Ci и началась его разрядка. За время от t=ti &ot = t2
конденсаторы, соединенные последовательно, разряжаются через
рентгеновскую трубку и через вторичную обмотку главного транс-
форматора ток не проходит (рис. 4-40,а). В момент >t2 увеличиваю-
щееся напряжение трансформатора становится равным уменьшаю-
щемуся напряжению конденсатора С2 оканчивается и начинается его
зарядка. Во время этой зарядки от t = t2 до t = t2 действует схе-ма
рис. 4-40,6. (При этом через трансформатор проходят разрядный ток
конденсатора Ci и зарядный ток конденсатора С2. В момент
напряжение конденсатора С2 достигает максимума и зарядка его
оканчивается. После этого оба конденсатора вновь оказываются со-
Рис. 4-40. Прохождение тока в схеме удваивания со сгла-
женным напряжением.
единенными последовательно и разряжаются через рентгеновскую
трубку; ток через вторичную обмотку главного трансформатора
вновь не проходит. В момент /4 оканчивается разрядка конденса-
тора Ci и начинается его зарядка. Во время этой зарядки действует
схема рис. 4-40,в, причем через трансформатор проходят разрядный
ток конденсатора С2 и зарядный ток конденсатора Сь В момент
tb=ti + T зарядка конденсатора Ci оканчивается и .вновь начинает
действовать схема рис. 4-40,а.
Как и в схеме удваивания с пульсирующим напряжением, время
зарядки и время .разрядки в сумме равны периоду, причем время
разрядки значительно больше времени зарядки. Количество элек-
тричества, отданное конденсатором при разрядке, равно количеству
электричества, полученному при зарядке. Импульсы тока, проходя-
щего через трансформатор, достигают больших значений. Все ска-
занное при рассмотрении схемы удваивания с пульсирующим на-
пряжением об искажении кривой напряжения трансформатора при
зарядке остается .верным и для схемы удваивания со сглаженным
напряжением.
Напряжение на выходе схемы 'при нагрузке, как и при холостом
ходе, равно сумме напряжений конденсаторов. Однако оно теперь
меньше удвоенной амплитуды напряжения трансформатора и имеет
пульсации, обусловленные разрядкой и зарядкой конденсаторов. Ве-
личина пульсаций тем больше, чем больше анодный ток и меньше
емкость конденсаторов. Емкость обычно подбирается такой вели-
чины, чтобы при полном рабочем напряжении и полном рабочем
токе пульсации не превышали 5—40% анодного напряжения; умень-
шенная величина пульсаций объясняется тем, что здесь от вели-
чины пульсации зависит интенсивность рентгеновского излучения.
230
Для расчета пульсации обратимся вновь к рис. 4-39. Максимум
напряжения на выходе схемы совпадает с максимумом напряжения
па конденсаторе. Так как максимумы напряжений па конденсаторах
сдвинуты относительно друг друга на половину периода, то напря-
жение на другом конденсаторе в этот момент равно:
1ЛТ .
иС = UC макс “ 267 *
Следовательно,
^а.макс = С макс 2С * (4-52)
Минимум напряжения на выходе схемы также совпадает с ми-
нимумом напряжения на конденсаторе. Минимальное напряжение
на конденсаторе равно:
п -п Л (1-5) Т
иС мин С макс С С макс Q
Напряжение другого конденсатора в этот момент равно:
7а Г(1 — 8) г — 0.5ZJ
ис и с макс С
Следова гельно,
/,[2(1-8)7-0,5Г]
^а.мин “Jq макс С
Отсюда определяем величину пульсаций:
/а(1 — 28) Т
^а.макс ^а.мин — С *
Задавшись величиной пульсаций, можно найти необходимую ве-
личину емкости.
Анодный ток проходит через трубку в течение всего периода
и из-за малой величины пульсаций может считаться постоянным.
Мощность, воспринимаемую анодом трубки, при величине пульсаций
до 10% рассчитывают до формуле (4-36)
Ра = 0,98 Uа.макс/а.ср*
Благодаря малой величине пульсаций трубка работает с высо-
кой отдачей рентгеновских лучей. В то же время условия работы
трубки значительно тяжелее, чем в схеме удваивания с пульсирую-
щим напряжением, поскольку трубка присоединена параллельно кон-
денсаторам. Для облегчения работы трубки последовательно с нею
симметрично с обеих сторон включают многоомные успокоительные
сопротивления (на схеме рис. 4-38 эти сопротивления не показаны).
Величина сопротивлений берется такой, чтобы падение напряжения
па них при поминальном режиме составляло примерно 5% напря-
жения на трубке.
Переходим к расчету токов. Как и в случае схемы удваивания
с пульсирующим напряжением, начнем с расчета максимума за-
231
рядного тока. Количество электричества, отдаваемое при разрядке,
может быть выражено формулой
Д^7 = /а-(1—б)Т;
здесь /а — анодный ток трубки, а 6 — время зарядки конденсатора
в долях 'периода. 'Приравняв это выражение формуле '(4-41) и при-
няв во внимание (4-40), получим:
r со' (1 — 3) Т (1—5)
^7 Макс— 2 Л = 71 23 ^а‘ (4-54)
Максимум тока, проходящего через вентиль, несколько больше
максимума зарядного тока, так как через вентиль одновременно
с зарядным током одного конденсатора проходит разрядный ток
другого, равный току трубки:
/гманс = /гмакс 4"/а*
Через трансформатор проходят два импульса тока; максимум
каждого из них равен Ivмакс- Действующее значение вторичного
тока трансформатора, как показывает опыт, может быть найдено из
соотношения
^2действ = ('2,54-3,5) /а.ср- (4-55)
Уменьшение максимума напряжения на выходе схемы может
быть при помощи формулы (4-52) представлено как
/ /а7 \
а.макс = макс ^а.макс = 2£2макс ( с м^кс 2С / *
ИЛИ
а.макс = 2 (^гмакс С макс) 4” 2С * (4-56)
Если сравнить величину l/смакс здесь с величиной 1/смакс
в схеме удваивания с пульсирующим напряжением, то она будет
меньше па величину I&R, поскольку здесь при зарядке емкости име-
ется также ток питания рентгеновской трубки. Поэтому формулу
(4-56) можно представить в виде
Д^а.макс ~ 2 (^гмакс U'c макс) 4" ^а (^2С ’
где (/'смаке — напряжение на конденсаторе, как бы приведенное
к аналогичным условиями в схеме удваивания с пульсирующим на-
пряжением.
В этой формуле R представляет собой активное сопротивление
главной цепи без учета успокоительных сопротивлений, включаемых
последовательно с трубкой. Считая, что каждое из этих сопротив-
лений имеет величину /?уСп и они включены симметрично по обеим
сторонам трубки, получаем:
Д^а.макс = 2 (^гмакс — макс) 4" ^а ^2С~ 4~ 4" 2/?усп^ • (4-57)
232
Полагая, как и прежде, что
^2макс С'С макс,
получаем упрощенную формулу
А^а.макс — Л 2С + 2 (^ + ^усп)
(4-58)
Влияние кабелей на работу питающего устройства сказывается
в том, что их емкости, будучи присоединены параллельно основным
конденсаторам, как бы несколько увеличивают емкость этих кон-
денсаторов.
Схема удваивания со сглаженным напряжением является прак-
тически симметричной, и среднюю точку обычно заземляют. При
заземлении вывода питающего устройства один из выводов вторич-
ной обмотки главного трансформатора находится по отношению
к земле под 'пульсирующим напряжением, максимум которого равен
удвоенной амплитуде напряжения трансформатора. Это требует при-
менения трансформатора с повышенной изоляцией. Аналогичные
условия имеют место и в сдвоенной схеме (рис. 4-41).
На рис. 4-42 изображена измененная схема удваивания со сгла-
женным .напряжением, которая оказывается целесообразной при
заземлении вывода питающего устройства, поскольку с этим выво-
Рис.
НИЯ
4-41. Сдвоенная схема удваива-
со сглаженным напряжением.
непосредственно связан вывод
Рис. 4-42. Другая моди-
фикация схемы удваива-
ния со сглаженным на-
пряжением.
напряжения
дом
трансформатора. Поэтому здесь не тре-
буется применения трансформатора с
повышенной изоляцией. Трансформатор,
конденсатор и вентиль Vi образуют
схему удваивания с пульсирующим напряжением, заряжающую
конденсатор С2 через вентиль У2 при холостом ходе до постоянного
напряжения, равного удвоенной амплитуде напряжения трансфор-
матора. Этой же величине равен и максимум обратного
на вентилях.
Работу схемы при нагрузке поясняют кривые рис.
мент времени окончилась зарядка конденсатора Ci.
времени t2 напряжение на этом конденсаторе остается
так как напряжение конденсатора Сг больше, чем общее напря-
жение трансформатора и конденсатора Ci. В момент t2 благодаря
нарастанию напряжения трансформатора это общее напряжение ста-
4-43. В мо-
До момента
неизменным,
233
новится равным напряжению конденсатора С 2. Разрядка этого кон-
денсатора через рентгеновскую трубку прекращается, и оп начинает
заряжаться до момента времени, когда оп вновь переходит к раз-
рядке. Во время зарядки конденсатора С2 питание рентгеновской
трубки осуществляется от трансформатора и конденсатора Сь На-
пряжение последнего понижается вследствие разрядки на трубку и
конденсатор С2. После момен-
та времени /3 напряжение кон-
денсатора Ci остается неиз-
менным до момента /4, когда
Рис. 4-43. Кривые напряжений и
токов схемы рис. 4-42.
-----— холостой ход; ---- — на-
начинается его зарядка, про-
должающаяся до момента t5 =
= ti + T. Ток трансформатора
является одновременно током
конденсатора G и по форме
кривой подобен току транс-
форматора в схеме рис. 4-38.
Пульсации напряжения на
выходе схемы могут быть вы-
числены по формуле (4-16),
где под С следует подразуме-
вать емкость конденсатора С2.
Сравнивая формулы (4-16) и
(4-53), видим, что при равной
величине пульсац.ий конденса-
тор С2 в схеме рис. 4-42 дол-
жен иметь большую емкость,
чем конденсатор в схеме
рис. 4-38, и к тому же он дол-
жен быть рассчитан на вдвое
большее напряжение. Конден-
сатор Ci по емкости и напря-
жению следует брать пример-
но одинаковым с конденсато-
ром в схеме рис. 4-38. Отсюда
вытекает, что в схеме рис. 4-42,
грузка. выигрывая на .изоляции транс-
форматора, проигрывают на
размерах и массе конденсато-
ров.
Мощность, воспринимаемая анодом трубки, и действующее зна-
чение тока трансформатора в рассматриваемой схеме могут рас-
считываться по формулам (4-36) и (4-55). Если принять приближен-
но, ЧТО £/с1макс ==^2макс—I aR И £^С2макс “Егмакс с 1 мин—IaR,
то уменьшение напряжения на выходе можно -представить так:
макс = 2£2макс U С2 макс ~ ^С\ макс С\ мин) + —
= /, ? + 2/?]- (4-59)
В то время как величина емкости С2 влияет на величину пуль-
саций напряжения на трубке, величина емкости Ci (как и в дру-
гих конденсаторных схемах) влияет на уменьшение напряжения па
трубке. Следует вновь подчеркнуть ориентировочный характер при-
водимых расчетов уменьшения напряжения в конденсаторных схе-
мах.
234
Рис. 4-44. Сдвоенная схема удваи-
вания, составленная из двух схем
рис. 4-42.
На рис. 4-44 изображена
сдвоенная схема, полученная из
двух схем по рис. 4-42. Здесь
следует различать согласованное
и встречное включения трансфор-
маторов Тр1 и Тр2. При согла-
сованном включении обе полови-
ны работают во времени совер-
Рис. 4-45. Кривые напряжении
схемы рис. 4-44.
--------холостой ход; ---— на-
Iрузка.
шенпо одинаково, что просто
удваивает в каждый момент времени напряжение на трубке по
сравнению с напряжением каждой половины схемы. При встречном
включении, как показывает рис. 4-45, напряжения этих половин
сдвигаются относительно друг друга на
половину периода, что приводит к уд-
воению частоты пульсаций (как и в схе-
мах рис. 4-38 и 4-41). Благодаря этому
удвоению емкость конденсаторов С3 и
С4 при заданной величине пульсаций
может быть взята примерно в 2 раза
меньшей, чем при согласованном вклю-
чении трансформаторов, уменьшение же
напряжения на выходе при тех же ем-
костях конденсаторов и С2 будет
несколько большим.
Рис. 4-47. Схема
умножения напря-
жения.
Рис. 4-46. Схема учетверения на-
пряжения.
235
Таблица 4-1
Электрические величины основных выпрямительных схем
СО
03 При холостом ходе При нагрузке
С Схема £ о к т= Е а-макс "с ^Умакс и —и _ а.макс а. мин Д{7 ^а. макс ^гдейств II в."
а £ сх ~ Е 2 макс Е 2. макс Е а.макс F и а.макс а. макс 7а.ср 7асР “(У Т » а.макс'а.ер
1 Однопол упериодн ая безвентильная 4-1 1 — — 1 / R а - макс 2—3,14 1,41—1,57 0,64—0,79
2 Однопол у периодная^ вентильная^ 4-14 1 — 1 1 'а.макс &UV 2—3,14 1,41—1,57 0,64-о,79
3 Однофазная двух по- £ л у периодная (мосто- ) ая) 4-17 1 — 1 1 «з.маке/? + 2ЛС7У 1—1,57 1—1,1 0,64—0,79
4 С шестифазным ^выпрям- лением 4- 1,16 — 1 0,13 1,05 0,82 0,95
б То же 4-27 2X1,16 — 0,5 0,13 'а-мин^- +«Л>2*?+ Y—0,82 0,95
+ 4R,] + 4bUv
6 С двенадцатифазным выпрямление 4-28 1,04 — 0,5 0,035 + 4/?2l+4At7l/ 1,02 Д—0,47 0,98
7 8 Удваивания с пульси- рующим напряже- нием Удваивания со сгла- женным напряже- нием 4- 4-38 2—— с+ск 2 0,5 1 1 1 1 (1—26)7 7 a CU а.макс । + о св св 1 ,2—1 ,5 1 2,5—3 2,5—3,5 0,7 0,98
Примечания: 1. Для схем 2 — 7 данные относятся к случаю без дополнительной сглаживающей емкости на выходе.
2. Для схем 4 и 5 в формулах для ДС7* макс под k* подразумевается коэффициент трансформации половины схемы (при соединении
звезда — звезда).
3. Для схем 7 и 8 под С понимается емкость оснсвного конденсатора, для схемы 7 под Ск — емкость кабеля.
На рис. 4-46 изображена схема учетверения напряжения, пред-
ставляющая собой по сути дела схему по рис. 4-44, в которой обе-
половины питаются от одного трансформатора. Легко сообразить
что работа трансформатора в схеме учетверения соответствует
встречному включению трансформаторов в сдвоенной схеме и рис-
4-45 верен для схемы учетверения с той только разницей, что кри-
вые «т1 и иТ2 должны быть объединены. Трансформатор в схеме
учетверения должен быть рассчитан на удвоенную мощность по
сравнению с трансформаторами в схеме рис. 4-44, так как токи
трансформатора, поскольку он питает обе половины схемы, будут
в 2 раза больше.
В рентгеновских аппаратах могут применяться также схемы
многократного умножения напряжения (рис. 4-47). Такие схемы
описаны в [Л. 121].
В табл. 4-1 приведено сравнение электрических величин основ-
ных выпрямительных схем, рассмотренных в этой главе.
4-8. СРАВНЕНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ СХЕМ
ПО РЕНТГЕНОВСКОМУ ИЗЛУЧЕНИЮ
В § 1-2 уже приводились Формулы, дающие зависимость интен-
сивности излучения от анодного напряжения и анодного тока труб-
ки. Для нефильтрованного излучения
т
J Л«а'’а = Л^СиакЛ ср; (4-60)
О
для фильтрованного излучения
т
J = а'<’ Л=«'*Ч!.макс'а.сР- <4-б1>
О
Указанными формулами можно воспользоваться для сравнения
по интенсивности излучения работы рентгеновской трубки в раз-
личных выпрямительных схемах. Приведем в качестве примера
сравнение схем — двухполупериодной и со сглаженным напряже-
нием, причем примем, что в последней напряжение строго посто-
янно (пульсации напряжения равны нулю). При постоянном напря-
жении для нефильтрованного излучения
Aioct =7=
В двухполупериодной схеме для трубки, работающей на иде-
альном насыщении,
т
пульс = ~т^ аиа'а & —
СР
•гс
о
23?
т, е. у = 0,5. Если кривая тока повторяет кривую напряжения, то
^^а.макс Льмцкс s^n3>x'
О
Применив формулу
(* sinn~1xcosx . /2—1 Г
I — — ——-— ----------1---— I sinn’2xcfx (4-62)
и помня, что в данном случае 7а.ср=0,57/а.макс, получим:
Атульс ’ ббл^д.макс/а • cP ’
т. е. у=0,66. Сравнение интенсивностей следует производить при
одинаковом напряжении и одинаковой мощности, воспринимаемой
анодом трубки:
Ра = /^а.макс/а.ср’, (4-63)
для постоянного напряжения /=1, а в двухполупериодной схеме
при идеальном насыщении /=0,64 и при пропорциональной зависи-
мости тока от напряжения / = 0,78. Поэтому в первом случае ток
должен быть увеличен в отношении 1 : 0,64= 1,56 раза и
а во втором случае — в отношении 1:0,78=1,28 раза и
пульс
Лтогт
0,66-1,28 = 0,85.
Таким образом, интенсивность излучения при пульсирующем
напряжении ниже, чем при постоянном, причем при прямой про-
порциональной зависимости между током и напряжением интенсив-
ность несколько выше, чем при идеальном насыщении. Отношение
7Пульс:/пост характеризует рентгеновскую отдачу трубки при
пульсирующем напряжении по сравнению с постоянным.
Проведем теперь аналогичные расчеты для фильтрованного из-
лучения, приняв п = 5. Для постоянного напряжения
J пост — (Ь иЯ1 а.
В двухполупериодной схеме при идеальном насыщении
Атульс к a ^а.макс A s^nS
6
Применив формулу (4-60), получим:
пульс = 0 ’ 34л/£7а.макета, ср.
238
Для пропорциональной зависимости тока от напряжения
Aiyjibc^ к' J Л ^а.макс А.макс sill6X dX = 0,5z2 ^а#макс ^а.ср«
0
Приведя к равной мощности, получшм для идеального насы-
щения
,пу.^с-= 0,34-1,56 = 0,53
Al ост
и для пропорциональной зависимости между напряжением и током
= 0,5-1,28 = 0,64.
‘'ПОСТ
Как мы видим, интенсивность фильтрованного излучения сильнее
зависит от формы кривой напряжения, чем интенсивность нефиль-
трованного излучения.
Хотя приведенные расчеты произведены лишь для двухполупе-
риодпой схемы, они в равной степени справедливы и для однополу-
периодных схем, поскольку в этих схемах такая же форма кривой
напряжения в рабочий полупериод. Близкие к вычисленным ре-
зультаты должны получиться и для схемы удваивания с пульси-
рующим напряжением. Таким образом, приведенные расчеты показа-
тельны для сравнения интенсивности излучения при постоянном и
пульсирующем (от нуля до максимума) напряжений вообще.
Переходя к трехфазным схемам, примем, что кривая напряже-
ния на трубке состоит из верхушек синусоид, а кривая анодного
тока трубки повторяет кривую напряжения. Тогда в схеме с шести-
фазным выпрямлением для нефильтрованного излучения
2к/3
3 Г . о
•^Пульс ~ | макета.макс sin3X б/х = 0,92<^^7ал1акс/а ср.
тс/3
Так как
Р а = 0,95(7а.макс А. ср,
ТО
т. е. рентгеновская отдача трубки практически такая же, как и при
строго постоянном напряжении. В той же схеме для фильтрованно-
го излучения
2тс/3
Лульс = ~ | а^а.макс А. макс sin6X dX = 0,82t/a. макс/а.ср
u/3
239
^пульс
^пост
_0,82.
“0,956
= 0,86,
г. е. здесь влияние пульсаций напряжения становится заметным.
Схему с двенадцатифазным выпрямлением, исходя из аналогич-
ного расчета, можно в первом приближении приравнять схеме со
строго постоянным напряжением. Не следует, однако, забывать,
что в схемах с шести- и двепадцатифазпым выпрямлением дсп ст-
екольная форма кривой от-
клоняется от принимаемой ,и
и пульсации напряжения
могут возрастать, что долж- у q
но приводить к уменьше- 7
нию интенсивности излуче-
0,6
а)
Рис. 4-48. Влияние пульсаций напряжений на трубке на
излучение.
а ~ упрощенная кривая напряжения на трубке при его сглажива-
нии конденсаторами; б — зависимость мощности, воспринимаемой
анодом трубки, и интенсивности излучения от пульсации напряже-
ния на трубке.
ния. Поэтому на приведенный расчет следует смотреть лишь как на
ориентировочный.
Рассмотрим теперь случай, когда на выходе питающего устрой-
ства при любой из рассмотренных выпрямительных схем имеются
высоковольтные конденсаторы, сглаживающие напряжение. Здесь
мы также пойдем на некоторое упрощение и представим напряже-
ние на трубке в виде ломаной прямой 1-2-3, изображенной на рис.
4-48,а, где подъем 1-2 соответствует зарядке, а снижение 2-3— раз-
рядке конденсаторов; примем, кроме того, что трубка работает на
полном насыщении и ее анодный ток строго постоянен. Легко со-
образить, что интенсивность излучения (и мощность, воспринимае-
мая анодом трубки) не изменится, если ломаную 1-2-3 заменить
другой ломаной 1-2'-3, которая имеет вид, более удобный для ин-
тегрирования.
Предположим, что напряжение пульсирует в пределах от
</а.макс до Ма.макс, где k1. Тогда величина р=1—k будет
представлять собой относительную пульсацию напряжения, а изме-
нение напряжения в течение периода можно выразить как
= (1--7-Л. (4-64)
Будем рассматривать функцию
т
F==~uh Т dt'
а.макс J
U____ - ' 0
Подставив сюда (4-64) и произведя замену переменной и пре-
делов интегрирования, получим:
1 1 —(1—
Р
/г+1
1-р
Эта функция при /г=1 представляет собой коэффициент I
в формуле (4-63), при п=2 — коэффициент b в формуле (4-60) и
при /г>2 — коэффициент Ь' в формуле (4-61); отношение b:f ха-
рактеризует рентгеновскую отдачу трубки. На рис. 4-48,6 представ-
лена зависимость F от величины пульсаций.
Интенсивности при наличии пульсаций п при строго постоянном
напряжении, мы, как и ранее, должны сравнивать при одинаковой
мощности. Так, например, для п = 5 и р = 20%
J— (Хбя/С^а.макс/а.ср И Ра— 0,9t7a.макета.ср-
Поэтому
{пульс 0,6, ,
J 0 9J— 0’67‘j
J пост и >J
Как мы видим, пульсации сильно понижают интенсивность из-
лучения. В то же время приведенные расчеты приводят к несколько
заниженным результатам, поскольку в действительности 1) кривая
напряжения при зарядке нелинейна и идет несколько выше и
2) трубка не работает на полном насыщении
Точная оценка излучения, генерируемого трубкой, особенно
важна, как мы знаем, в рентгенотерапии. Здесь интересуются не
интенсивностью излучения, а мощностью дозы (§ 1-4). Соотношение
мощностей дозы для сглаженного и пульсирующего напряжений,
так же как и соотношение интенсивностей излучения, зависит от
анодной характеристики рентгеновской трубки и фильтрации излу-
чения. В первом приближении можно считать, что мощность дозы
фильтрованного излучения при равных значениях напряжения и
электрической мощности в 1,5—2 раза больше при практически по-
стоянном напряжении (с пульсациями 5—10%), чем при пульси-
рующем от нуля до максимуа. Это позволяет соответственно умень-
шать время облучения.
В рентгенодиагностике и рентгенодефектоскопии следует в пер-
вую очередь оценивать влияние форм кривых напряжения па труб-
ке и ее анодного тока на качество рентгеновских снимков. Сравнение
однофазной двухполупериодной схемы со схемой с двенадцатифаз-
ным выпрямлением применительно к рентгенодиагностическим сним-
кам приведено в (Л. 122]. При одних и тех же значениях макси-
мального (за период) напряжения для получения одинаковой
плотности почернения пленки при работе трубки в схеме с двенад-
цатифазным выпрямлением достаточны выдержки в 2—2,5 раза
меньшие.
16—1434
241
Если исходить из требования осуществлять Снимки лучами оди-
наковой жесткости, то напряжение по данным [Л. 123] следует
уменьшить для схемы с двспадцатифазпым выпрямлением примерно
на 10%. В итоге выдержки сократятся в меньшей степени, а имен-
но примерно в 1,5 раза. Предельное сокращение выдержки может
иметь существенное значение при снимках движущихся объектов
(в частности, органов грудной клетки), способствуя повышению ка-
чества снимка (§ 5-2)
Согласно исследованиям, описанным в [Л. 127], форма кривой
напряжения не влияет па качество рснтгсподефсктоскопического
снимка (это естественно, поскольку объект исследования непод-
вижен). Поэтому в рентгенодефектосконнчсских аппаратах, высоко-
вольтные генераторы которых выполняются в виде моноблоков,
предпочтение отдается однополупсриодным схемам, позволяющим
получать более компактные конструкции.
В отношении визуального просвечивания укажем на давнюю
работу |[Л. 128], согласно которой зависимость яркости свечения
экрана от типа аппарата такая же, как и для мощности дозы.
Все сказанное выше относилось к интенсивности рентгеновского
спектра торможения. Интенсивность характеристического спектра
при работе трубки на практически постоянном напряжении также
выше, чем при работе на пульсирующем от нуля до максимума. По-
этому в рентгеновских аппаратах для структурного и спектрального
анализов обычно используются схемы со сглаженным напряжением,
пульсации которого не превышают нескольких процентов. Это по-
вышает точность производимых анализов.
4-9. ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ГЛАВНОЙ ЦЕПИ
ПИТАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
При расчете падения напряжения в главной цепи
рентгеновского питающего устройства задаются значе-
ниями рабочего напряжения на трубке £/а.макс и ее анод-
ного тока /а.ср при этом напряжении. Уменьшение на-
пряжения на рентгеновской трубке — Д^а.маКс определя-
ют по формулам, выведенным при рассмотрении отдель-
ных выпрямительных схем.
Как уже указывалось в § 3-1, рентгеновские аппара-
ты (и питающие устройства) разделяются на две группы
в зависимости от того, работают ли они при полной мощ-
ности кратковременно или повторно-кратковременно и
длительно. К первой группе относятся рентгенодиагно-
стические аппараты, ко второй — аппараты других назна-
чений.
1 Вопрос о целесообразности использования трехфазных выпря-
мительных схем в рентгенодиагностических аппаратах послужил те-
мой дискуссии в 30-х гг. [Л. 124—126]. В итоге фирма Филипс стала
строить трехфазные рентгенодиагностические аппараты лишь в 50-х гг.
242
В питающих устройствах первой группы рабочие пе-
риоды столь малы (несколько секунд и меньше), что
коррекция напряжения сети, компенсирующая падение
напряжения в сети, не может осуществляться в течение
рабочего периода. Расчет падения напряжения ведут
поэтому для всей главной цепи, т. е. учитывают падение
напряжения как в самом питающем устройстве, так и
в сети, питающей это устройство. Этому условию соот-
ветствуют внешняя характеристика а на рис. 3-2 и коэф-
фициент
п ___ -^а-макс_ 1 | Ak\.vaKC 1 | Л7 7*
а — /7 — 1 |'"/7 — 1 “Г а.макс*
’'а.макс и а. макс
Здесь, как мы помним, Д<7а.макс — уменьшение напря-
жения на выходе питающего устройства при наибольшем
токе нагрузки, допускаемом при напряжении <7а.макг.
а Д{7*а.маКс — это же уменьшение в долях {7а.макс.
Расчет падения напряжения для питающих устройств
первой группы подробно рассматривается в § 5-3. Здесь
мы лишь укажем, что стремление к сокращению разме-
ров и массы (в первую очередь высоковольтного генера-
тора) заставляет идти в этих устройствах на повышен-
ное падение напряжения. Расчетное значение для номи-
нального режима берется равным 1,25—1,35, в случае
моноблоков может увеличиваться до 1,4—1,6.
В питающих устройствах второй группы длительности
рабочих периодов допускают осуществлять коррекцию
напряжения сети во время работы питающего устрой-
ства. Поэтому здесь интересуются в первую очередь
уменьшением напряжения на выходе питающего устрой-
ства при неизменном напряжении на выходе регулиро-
вочного автотрансформатора. Этому условию соответст-
вует внешняя характеристика б на рис. 3-2 и коэффи-
циент
=! +Д[7'*а макс, (4-65)
17 а.макс ’-'а.макс
где ^'а.макс — напряжение на выходе питающего устрой-
ства при холостом ходе при указанном условии. Вели-
чина
Д ^а.макс = ^а.макс U а.макс
представляет собой соответствующее уменьшение напря-
жения, а Д[7'*а.макс — это же уменьшение в долях С7а.макс.
16* 243
В ранее выведенных формулах для Д<7а.макс в качест-
ве параметра R фигурирует активное сопротивление всей
главной цепи, т. е. сопротивление питающего устройства
и сопротивление сети (/?Сети), приведенные ко вторичной
цепи. Таким образом, Л<7а.макс представляет собой умень-
шение напряжения из-за падения напряжения во всей
главной цепи и по нему определяется коэффициент а.
Нелинейность главной цепи затрудняет при условии не-
изменного напряжения на выходе регулировочного авто-
трансформатора разделение Д<7а.макс на две составляю-
щих, из которых одна относится к сети, а другая — к пи-
тающему устройству. Поэтому коэффициент р и&U' а.макс-
проще определять через коэффициент а и Д t/а.макс-
Пусть до включения высоковольтного генератора на-
пряжение сети равно номинальному значению <7Сетю
а после включения при полной нагрузке — t/'сети.
Разность
Двести = t/сети //'сети (4-66)
представляет собой потерю напряжения в сети, причем
речь идет, естественно, о действующих значениях. Пусть
соответствующие напряжения на выходе регулировочно-
го автотрансформатора будут t/авт и t/'авт- Коррекция
напряжения сети повышением коэффициента трансфор-
мации автотрансформатора возвращает напряжение
t/'авт вновь к величине t/aBT- Обозначим относительный
коэффициент трансформации, соответствующий этому пе-
реходу, через k'a. Тогда //авт='^,а t/ авт И
__ 1
А/Аавт —~ t/авт t/ авт —~ t/авт •
Принимая обозначения
^t/апт Д^у*
/\вт
и учитывая, что Д//*авт = At/*CeTn, получаем:
д/7* — 1
сети —
^Цсети ___ агтц-
сети
и сети
и
Отсюда
kr ---------!_____
а 1 ____дгг*
1 сети
Нетрудно увидеть, что, с другой стороны,
л, а
а — о •
244
Поэтому
Р — Ct ( 1 —A U*сети)
(4-67)
и согласно формуле (4-65)
MJ 'а.макс — (1— А<7*сети) (1+А<7*а .макс) Ь
Формулы ДЛЯ At7 а.максл а тем самым и для сс в ряде
случаев носят приближенный характер. Так для одно- и
двухполупериодной схем формулы были выведены без
учета влияния параметров L и С. Строго говоря, они точ-
ны лишь при большой нагрузке питающих устройств пер-
вой группы. Для питающих устройств второй группы па-
раметры L и С могут оказывать заметное влияние даже
при полной нагрузке. Еще в большей степени сказанное
относится к схемам с шести- и двенадцатифазным вы-
прямлением. Формулы для схем удваивания напряжения
носят приближенный характер потому, что в них напря-
жение конденсаторов принимается равным напряжению
холостого хода.
Таким образом, приближенность формул для АГ7 а. макс
и а должна сказываться в первую очередь при расчете
питающих устройств второй группы. Эта приближенность
целиком переносится, естественно, и на формулы для
А{7'а.макс и р, при выводе которых не учитывалось к то-
му же проходное сопротивление регулировочного авто-
трансформатора.
На помощь приходит то обстоятельство, что в этих
питающих устройствах обычно используется плавная ре-
гулировка напряжения, которая позволяет перекрыть не-
точности расчета. Регулировочный автотрансформатор
должен иметь для этого запас по интервалу регулирова-
ния. Неточности расчета могут быть также исправлены
изменением расчетного коэффициента трансформации
главного трансформатора после экспериментальной про-
верки опытного образца питающего устройства. Указан-
ные способы корректировки расчета тем более приемле-
мы, что размеры и масса питающего устройства в аппа-
ратах второй группы не определяются величиной паде-
ния напряжения.
Действительно, активное сопротивление главного
трансформатора при его расчете на нагрев, как уже ука-
зывалось (§ 3-4), получается сравнительно небольшим
и в ряде случаев встает вопрос о включении дополни-
тельных успокоительных сопротивлений. Размеры высо-
245
ковольтных вентилей следует считать заданными неза-
висимо от падения в них напряжения. Емкости конденса-
торов в питающих устройствах с удваиванием напряже-
ния берутся, исходя из задаваемых пульсаций напряже-
ния; к сказанному следует добавить, что падение напря-
жения в питающих устройствах второй группы имеет
сравнительно небольшую величину: коэффициент а для
номинального режима обычно не превышает значений
1,2—1,25, а коэффициент 1,15ч-1,2.
Рассмотрим теперь вопрос о потере напряжения сети,
вызываемой нагрузкой питающего устройства, и устано-
вим связь между этой потерей и величиной сопротивле-
ния сети. При этом будем иметь в виду питающие устрой-
ства обеих групп.
Потеря напряжения сети определяется формулой
(4-66), где t/сети может быть представлено в виде
U сети
Т
| л ______
(]/*2 (7ССТП sill со/ ^сетп^сети)
Здесь /сети — мгновенное значение тока сети,
а /?сстп — сопротивление двух проводов сети. Определе-
ние А (/сети таким способом вызывает затруднения из-за
того, что кривая тока имеет, как правило, искаженную
форму. Поэтому на практике применяют соотношение
A U cerii = 'kccTuI ccthRccth, (4-68)
где /сети — действующее значение тока сети, а &Сети —
коэффициент, зависящий от выпрямительной схемы
(&сети^1) и определяемый расчетным или эксперимен-
тальным путем.
Разделим левую и правую части формулы (4-68) на
(Лети и приведем полученное выражение к виду.
п ______ Лети д/7*
2\сстк l, т сети*
^сети7 сети
Умножим затем числитель и знаменатель в этой фор-
муле на ({/сети—А(7сстпЛ т. е. на напряжение сети после
включения высоковольтного генератора, тогда
U2
Rew = k—™ -(1 “ ^*сети) А{7*ссти, (4-69)
^сети'-’сети
246
где Scrtii определяется как
Зсетп— (1—A сети) £7ссти^сети
и представляет собой для однофазных схем полную (ка-
жущуюся) мощность, потребляемую из сети, а для трех-
фазных схем — величину, в ]/3 раз меньшую.
Действующие значения номинального напряжения се-
ти и тока сети можно представить в виде
Т j ___ 2 а. макс
сети“"Мт
а
И
I сети — а.ср — Ituk^kil 2дсйств>
где /га и /гт — коэффициенты трансформации соответст-
венно регулировочного автотрансформатора и главного
трансформатора; т— коэффициент умножения, равный
единице для всех рассмотренных ранее выпрямительных
схем, кроме схем удваивания; для схемы удваивания со
сглаженным напряжением т = 2. Поэтому
$сетИ = (1 + Д^сет») ^а.макета,ср =
т V 2
= (1 - Д£/*сетп)-^Ц^ р .
' се mfV‘2 а
Подставляя (4-70) в (4-69), имеем
D ____’|/"0 ^2ссти А£/*СетИ
*сети— И R& а •
Отметим, что при выводе этой формулы мы
вали коэффициентом трансформации ka для полной на-
грузки.
Рассмотрим применение формулы (4-71) для двух- и
однополупериодной схем. При этом примем, что кривая
анодного тока трубки имеет форму полуволны синусои-
ды. В этом случае для двухполупериодной схемы [ = 0,78
и k2 = 1; коэффициенты /гсети и ki можно приравнять еди-
нице. тогда
(4-70)
(4-71)
опериро-
Г т2
п _______‘"сети ' ^*сети
Лсети — р а
(4-72)
Для однополупериодной схемы при том же условии
[ = 0.78 и ^2=1,57. Если пренебречь намагничивающим
247
током, то &сети=0,71, ki=l и мы вновь приходим к той
же формуле. В действительности из-за возрастания на-
магничивающего тока &ссти уменьшается примерно до 0,6,
a ki увеличивается до 1,3—1,5, поэтому
, ,2
Ясети ~ 0,85 Аа*СС1Ц-.
7а а
Таким образом, одпополупсриодная схема при одина-
ковом значении Д(7:::сети допускает сопротивление сети,
близкое к двухполупериодной схеме. В то же время, по-
скольку коэффициент в однополупериодной схеме
в 2 раза больше, это может приводить к чрезмерной до-
ле уменьшения максимума напряжения, приходящейся
на сопротивление сети. Поэтому для питающих устройств
первой группы сопротивление сети при однополупериод-
ной схеме допускается в 2 раза меньшим, чем при двух-
полупериодной.
Не останавливаясь на расчете /?Сети для схемы удваи-
вания со сглаженным напряжением, укажем, что коэф-
фициент для этой схемы можно считать равным 0,6—0,7.
Переходя к трехфазным схемам, укажем, что форму-
ла (4-71) сохраняет свою правомерность, если под Лсети
подразумевать по-прежнему сопротивление двух прово-
дов сети. Хотя в схеме с шестифазным выпрямлением
формы кривых /сети и Дисети при соединениях в звезду
и треугольник разные (рис. 4-31), можно показать, что
их действующие значения одинаковы. Для обоих случаев,
следовательно, коэффициент k2 можно считать равным
0,82. Если принять / = 0,95 и &сети~1, то
1.6Г^‘ ^>2-. (4-73)
. * а а
г. е. сопротивление сети для схемы с шестифазным вы-
прямлением может быть взято в 1,6 раза больше, чем для
однофазной двухполупериодной схемы. Напомним, что
к такому же результату мы пришли в § 4-5 в отношении
сопротивления всей главной цепи при одинаковом значе-
нии Д Самаке-
В схеме с двенадцатифазным выпрямлением /сети и
Двести по формам Кривых отличаются ОТ /сети И ДНсети
отдельно для звезды и треугольника (рис. 4-31). Тем не
менее можно показать, что действующее значение сум-
248
марного тока равно сумме действующих значений токов
звезды и треугольника. То же справедливо и в отноше-
нии Двести. Следовательно, если пренебречь разницей
в численных значениях коэффициента f (0,98 и 0,95), то
формула (4-73) может быть распространена и на схему
с двенадцатифазным выпрямлением.
Укажем в заключение, что для питающих устройств
первой группы принято прямо задавать допустимые со-
противления сети (§ 5-3). Для питающих устройств вто-
рой группы исходной величиной считается допустимая
потеря напряжения сети Д17*сети = 0,05, т. е. 5% номи-
нального напряжения сети. Допустимое сопротивление
сети должно рассчитываться по приведенным выше фор-
мулам, исходя из заданного значения Д£/*сет11.
4-10. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В ПИТАЮЩИХ УСТРОЙСТВАХ
При включении и отключении главного трансформатора и при
внезапном изменении установившегося режима работы питающего
устройства в главной цепи возникают переходные процессы, в ре-
зультате которых могут иметь место значительные перенапряже-
ния. Необходимо оценить величину этих перрнлппяж^н^й и указать
методы их подавления.
Существенную роль в указан-
ных переходных (процессах играет
индуктивность рассеяния главно"
го трансформатора, а в некоторых
случаях — и его внутренние емко-
сти. Рассмотрим в качестве приме-
ра включение при холостом ходе,
причем примем во внимание лишь
параметры R, L и С самого транс-
форматора. На рис. 4-49 изобра-
Рис. 4-49. Упрощенная схема
замещения для рассмотрения
переходных процессов.
жена упрощенная схема замеще-
ния для этого случая 4. Внутренние
емкости трансформатора заменены здесь одной эквивалентной емко-
стью С, включенной параллельно выводам трансформатора, т. е.
последовательно с его активным сопротивлением R и индуктив-
ностью рассеяния L, приведенным ко вторичной обмотке. Намагни-
чивающая цепь во внимание не принята. Такие упрощения приводят
к элементарному случаю, известному из общей электротехники.
На рис. 4-50 представлены колебания вторичного напряжения
трансформатора (напряжения на емкости) при замыкании цепи
в момент, когда внешнее напряжение равно максимуму. Как мы
видим, при этом возникают значительные перенапряжения. Отме-
тим, что частота собственных колебаний значительно больше при-
нужденной частоты. Расчетные перенапряжения достигают наиболь-
шей величины, если, оставляя тот же момент замыкания, пренебречь
1 Принятая здесь схема замещения оставляет в стороне вопрос
о распределении напряжений вдоль обмотки трансформатора.
249
активным сопротивлением R (собственные колебания становятся
при этом незатухающими); эти перенапряжения равны удвоенной
амплитуде напряжения при установившемся режиме.
Мы рассмотрели наиболее простой случай: включение главного
трансформатора при холостом ходе обособленно от рентгеновского
питающего устройства. Переходные процессы, возникающие при
включении высоковольтного генератора в целом, изучены недостаточ-
но. Наличие рентгеновской трубки и вентилей — элементов, имею-
щих одностороннюю проводимость, сильно затрудняет математиче-
Рис. 4-50. Перенапряжения при включении главного трансформа-
тора.
К=35 ООО Ом; L—150 Гн: С=100 пФ.
ское исследование этих процессов. Однако и из приведенного при-
мера видно, что при включении могут иметь место значительные
перенапряжения. Для того чтобы они не представляли опасности
для высоковольтной изоляции, включение следует производить при
напряжении, пониженном не меньше чем в 2 раза против поми-
нального, и затем уже повышать его до рабочего. В некоторых ап-
паратах напряжение устанавливается заранее и после включения
не регулируется. Для уменьшения перенапряжений включение про-
изводится в этом случае через сопротивление, которое затем авто-
матически замыкается накоротко. При включении под нагрузкой пе-
ренапряжения будут меньше, чем при холостом ходе, причем умень-
шение тем значительнее, чем больше нагрузка.
Переходные процессы, возникающие при отключении главного
трансформатора, не изучены. Во избежание опасных перенапряже-
ний рекомендуется перед отключением понижать напряжение не
менее чем до половины номинального или производить ступенчатое
отключение через активное сопротивление. В диагностических аппа-
ратах с очень короткими выдержками вместо таких пусковых со-
противлений включение и отключение высокого напряжения произ-
водятся при помощи так называемых синхронизированных реле
времени, обеспечивающих пулевую фазу включения и отключения
(§ 5-5).
Из переходных процессов, возникающих при внезапном измене-
нии установившегося режима работы питающего устройства, иссле-
250
схемах удваивания. 1еперь К и
Рис. 4-51. Перенапряжения при
коротком замыкании в схеме
удваивания напряжения.
/?=70 ООО Ом: L = 300 Гн; С = 0,045 мкФ
цованиям подверглись процессы при коротком замыкании в схемах
с удваиванием напряжения [Л. 129]. Исследовались также процес-
сы, возникающие в таких схемах при выключении одного из вен-
тилей [Л. 130].
Схема рис. 4-49 может быть использована также для рассмо-
трения короткого замыкания в ~
параметры всей главной цепи,
а С — емкость основного кон-
денсатора (остальными емко-
стями пренебрегаем).
На рис. 4-51 представлены
колебания напряжения транс-
форматора (напряжения на
емкости), рассчитанные для ко-
роткого замыкания в схеме
удваивания с пульсирующим
напряжением. Здесь принято,
что короткое замыкание проис-
ходит при холостом ходу в мо-
мент, когда напряжение аппа-
рата равно максимуму. В мо-
мент короткого замыкания на-
пряжение на выходе падает до
нуля. Рассматриваемый слу-
чай отличается от разобран-
ного выше процесса вклю-
чения трансформатора тем, что конденсатор имеет начальное
напряжение. Собственные колебания создают, как и при включении
трансформатора, весьма значительные перенапряжения. Наиболее
опасным является пик напряжения в конце первого полупериода
собственных колебаний. Отметим, что частота собственных коле-
баний здесь меньше, так как вместо внутренних емкостей главного
трансформатора фигурирует зна-
чительно большая емкость кон-
денсатора. Расчетные перенапря-
жения достигают наибольшей ве-
личины лри R=-0 и превышают
утроенную амплитуду напряжения
до замыкания. В этом случае '.ма-
ксимум может иметь место и не
в первый лолупериод собственных
колебаний.'
Разобранному случаю прирав-
нивают в .первом приближении по-
терю вакуума рентгеновской труб-
кой или вентилем. Естественно,что
высоковольтную изоляцию недо-
пустимо подвергать воздействию
Рис. 4-52. То же, что на
рис. 4-5 L по /? = 230 ООО Ом.
столь высоких перенапряжений; опи должны быть резко снижены
или даже совершенно подавлены. Для этой цели активное сопро-
тивление главной цепи увеличивают посредством включения успо-
коительного сопротивления. На рис. 4-52 изображены собственные
колебания напряжения на емкости в том же аппарате, но с допол-
нительным сопротивлением. Чтобы совершенно подавить собствен-
ные колебания и сделать переходный процесс апериодическим, ве-
251
личина полного активного сопротивления главной цепи должна быть
болыпг
(4-74)
Рис. 4-53. Короткое
замыкание вентиля
в схеме удваивания
со сглаженным на-
пряжением.
Переходя к короткому замыканию в схеме удваивания со сгла-
женным напряжением, ограничимся рассмотрением внезапной поте-
ри вакуума вентилем (потеря вакуума рентгеновской трубкой была
рассмотрена в § 2-2 и 4-7). Образующийся при этом контур (рис.
4 5.J) подобен контуру при коротком замыкании в схеме удваивания
с пульсирующим напряжением. Пренебре-
жем для упрощения разрядкой конденсато-
ров через рентгеновскую трубку (она суще-
ственной роли не играет). Вентиль V2 пос-
ле короткого замыкания оказывается под
обратным напряжением, равным сумме на-
пряжений конденсаторов, и тока, следова-
тельно, не приводит. Поэтому переходный
процесс вначале развивается, как описано
выше: напряжение па конденсаторе Ci
уменьшается, меняет знак и начинает воз-
растать. Когда оно сравнивается с напря-
жением конденсатора С\, вентиль начинает
проводить ток и дальнейшее увеличение на-
пряжения происходит как па конденсаторе
Ci, так и на конденсаторе С2. Это замедля-
ет рост напряжения и приводит к тому, что
перенапряжения на конденсаторах и транс-
форматоре при прочих равных условиях будут несколько меньшими,
чем в схеме с пульсирующим напряжением.
Рассчитывая успокоительный резистор, снижающий перена-
пряжения в зарядной цепи конденсатора в аппаратах с удваива-
нием напряжения, следует прежде всею пользоваться формулой
(4-/4). Однако величина сопротивления, вычисленная по этой фор-
муле, может привести к чрезмерно падающей внешней характери-
стике. В этом случае приходится допустить колебательный харак-
тер переходного процесса, с тем, однако, чтобы перенапряжения не
превышали 20—25%.
Если исходить из приведенных выше рассуждений, то безраз-
лично, куда включать успокоительное сопротивление, — во вторич-
ную или первичную цепь. Включение сопротивления в первичную
цепь более удобно с конструктивной точки зрения. Однако приве-
денные выше рассуждения неполно и неточно описывают процессы,
возникающие в зарядной цепи при потере вакуума рентгеновской
трубкой или вентилем. Действительно, в этом случае:
1. Следовало оперировать с более сложной схемой замеще-
ния, учитывающей, в частности, внутренние емкости трансформато-
ра, распределенные вдоль обмотки; тогда при коротком замыкании
перенапряжение с рентгеновской трубки или вентиля не могло бы
скачком переходить на индуктивность рассеяния трансформатора,
как это предполагается по схеме рис. 4-49, а пришлось бы исследо-
вать весьма кратковременный дополнительный переходный процесс
с колебаниями высокой частоты, который предшествовал бы рассмо-
тренному процессу.
252
2. Следовало учесть, что потеря вакуума трубкой или вентилем
в действительности происходит не мгновенно; кроме того, «газя-
щий» прибор может в быстрой последовательности терять и восста-
навливать вакуумные свойства;' последнее обстоятельство также мо-
жет приводить к колебаниям высокой частоты.
Опыт показывает, что при потере вакуума вентилем пли рент-
геновской трубкой действительно наблюдаются колебания высокой
частоты. При этом оказывается целесообразным успокоительное
сопротивление, снижающее перенапряжения, частично или полно-
стью включать на стороне высокого напряжения, т. е. непосредст-
венно в зарядную цепь конденсатора. Напомним, что, кроме того,
на стороне высокого напряжения должны предусматриваться со-
противления, ограничивающие разрядный ток, когда «газит»
трубка.
Дадим вывод формулы, позволяющей рассчитать перенапряже-
ния для схемы рис. 4-49.
Нестационарный процесс, возникающий при замыкании такой
цепи на синусоидальное напряжение описывается дифференциаль-
ным уравнением
di 1 С
’ L I ' llt = £«aK=sin (ш- + W ’ (4-75)
где фо — произвольная фаза замыкания. Решение этого дифферен-
циального уравнения, как известно, может быть представлено в ви-
де суммы решений для принужденного и свободного режимов.
Для принужденного режима
Р
•^макс / . . . .
W = sin (<о/ + Фо — <?);
р
„ ^макс / , । . .
“сп.> = - TJ^TC0S (“Z+
где
соЛ —
? = arctg-------%
1
со С'
Чтобы получить выражения I и ис для свободного режима, сле-
дует решить дифференциальное уравнение (4-75), приравняв нулю
его правую часть:
• > diсп , 1 Г*
hnR + L ~аг+~с~ J ZCB clt = 0.
. dur
Подставив сюда jCb = C—-— и преобразовав алгебраически,
получим:
R ^Ссв “с™ _ п
di2 ф L dt ф LC — °*
253
Общий интеграл этого уравнения, как известно, равен:
“с.св = (4-76)
где а и ip — корни характеристического уравнения, равные:
а А н В — постоянные, определяемые начальными условиями.
Для решения уравнения (4-75) в наиболее общем виде дадим
и начальным условиям наиболее общее выражение:
/ —0; (wc)f = o = Wco; (i)/ = o = io.
Тогда
F 1
л , , ^макс /1 ч
uc ^=zA+B = uc^-uc про= «сэ+ С03№о-?);
/ du\
/сво = С !—77-) =С(«Л-Н3)= } (4-77)
\ и i / f = о
Р
^макс ,. .
= 'о — 'про = 'о — —--Sin (Фо — у).
Введем условные обозначения:
Чсп со.; (Фо — <?),
м=~Ё^+—
^макс
Л/ _ ‘° — £1п ~
Л — F 7
^макс
Подставив эти выражения в (4-77) и решив относительно А
и В. имеем:
аМ —
А = а _ р ^макс; В = а _ р £макс-
Подставив в (4-76), получим выражение для ис св:
Как показывает опыт, режим, получающийся при включении
рентгеновского высоковольтного трансформатора, является колеба-
тельным. Для этого случая формула (4-76) должна быть преобра-
зована лутем введения параметров
. В / “I &
8 — .2L и <оС0 — 1/ Lc 4£2,
254
из которых последний является круговой частотой собственных ко-
лебаний системы. Тогда
а = —(6—/(000); Р = —-(б + Досв).
Подставив эти выражения в формулу (4-78), получим выраже-
ние для ис сп при колебательном режиме:
Г ( N \ sin coPJ
Л4 cos coCDZ . (4-79)
Общее выражение для ис получается как сумма выражений
для принужденного и свободного режимов:
£
ис = “с п:> + ис св = - -^'cos И - ?) +
+ Еу^е~и
sin COPnZ
' ) - - + Л4 cos шс„/
У шсв
F Г 1
^макс / , । . ч , 1
cos (о(+!„-<?)+
, /0 sin (Фо —у)
^макс
Дчакс^ . ± ,
<oo~sln“^ +
^С0 . cos (Фо -
^макс 2Соб?
«со + cosOb-yH £иаис,-» cos
^макс 2С0,> J
(4-80)
Формула (4-80) дает зависимость uc = f(t) для схемы, пред-
ставленной на рис. 4-49 в самом общем виде. При включении вы-
соковольтного рентгеновского трансформатора iQ и исо равны нулю
и величина получающихся перенапряжений зависит от параметров
R, L и С и фазы включения фо; так, для рис. 4-50 принято фо = л/2.
При коротком замыкании в схеме удваивания иСо пулю не равно и
величина перенапряжений зависит и от величины //со. Для рис. 4-51
начальные условия имеют вид:
//со— —^макс". /*о — 0; фо — ^/2,
а для рис. 4-52
/ «
^CQ ~ ^мако /*о — 0> Фо = ?
Во втором случае момент короткого замыкания подобран таким
образом, что максимум ис пр совпадает с максимумом ис св в кон-
це первого полупериода собственных колебаний. Расчет показывает,
что при значительной величине R перенапряжения достигают макси-
мума именно в этом случае; этот максимум равен:
U С макс
Р
макс
гсоС
со
cos-------- тс
«св
гсоС
255
Некоторые исследования перенапряжений применительно к од-
нофазным питающим устройствам рептгенодиагпостических аппара-
тов изложены в [Л. 131].
Каждый рентгеновский аппарат, выпускаемый заводом-изготови-
телем, испытывается па электрическую прочность. Указанный ранее
ГОСТ 7248-54 устанавливает следующие уровни испытательного на-
пряжения в процентах наибольшего напряжения, воздействию ко-
торого изоляция подвергается при номинальном режиме аппарата:
а) для изоляции главных трансформаторов—135%;
б) для прочей изоляции высоковольтного генератора — 125%;
в) для изоляции защитных кожухов рентгеновских трубок —
115%.
Испытания проводятся в холодном состоянии. Время испытания
10 мин. При установке рентгеновского аппарата на месте эксплуа-
тации повторного испытания повышенным напряжением производить
не следует.
Пониженный уровень испытательного напряжения 115% допу-
скается как отклонение от указанных норм для моноблоков рент-
генодиагностических переносных и зубных аппаратов, к которым
предъявляются особенно жесткие требования в смысле сокращения
размеров и массы.
Рекомендация PC 1535-68, о которой уже упоминалось в §4-9,
указывает несколько иные испытательные напряжения в процентах
от поминального, а именно:
а) для отдельных высоковольтных деталей и узлов, включая
главные трансформаторы,— 130%;
'б) для полностью собранных высоковольтных генераторов (ис-
ключая моноблоки) без рентгеновской трубки,— 125%;
в) для моноблоков без рентгеновской трубки—120%, с рентге-
новской трубкой—110%;
г) защитные кожухи, включая высоковольтный кабель, без
рентгеновской трубки—115%, с рентгеновской трубкой—110%.
Раздел «а» обязателен только для деталей и узлов, не встроен-
ных жестко в высоковольтный генератор. Продолжительность испы-
тания для аппаратов, предназначенных для длительной и повторно-
кратковременной работы, 15 мни, для аппаратов, предназначаемых
для кратковременной работы, 5 мин. Если аппарат предназначается
для кратковременной и повторно-кратковременной работы (имеются
в виду рсптгенодиагпостические аппараты) и номинальное напряже-
ние для первого вида работы составляет 120% (и более) номи-
нального напряжения для второго вида, то отпадает обязатель-
ность испытания для этого последнего. Указания рекомендации
PC 1535-68 относятся к типовым испытаниям.
Опытные и макетные образцы рентгеновских аппаратов (в ча-
стности, высоковольтных генераторов) подвергаются в Советском
Союзе, как правило, более подробным испытаниям вплоть до пробоя
с целью выявления уровня электрической прочности. При этом ис-
пытания начинают проводить вначале поэлементно (главный транс-
форматор, трансформатор накала и т. д.); до пробоя рекомендуется
доводить по менее трех образцов. Уровень изоляции главных транс-
форматоров и трансформаторов накала обычно считается удовле-
творительным, если пробивное напряжение составляет не менее
160—170% номинального. Естественно, что это суждение в после-
дующем должно подкрепляться результатами эксплуатации серийно
выпускаемой аппаратуры,
256
4-11. ИМПУЛЬСНОЕ ПИТАНИЕ РЕНТГЕНОВСКОЙ ТРУБКИ
а) Миллисекундная техника. Под миллисекундной тех-
никой подразумевается импульсное питание рентгенов-
ской трубки от высоковольтного конденсатора такой ем-
кости, при которой однократной разрядки достаточно
для получения требуемого рентгеновского эффекта,
а время разрядки находится в интервале от нескольких
десятков (в крайнем случае сотен) миллисекунд до не-
скольких миллисекунд. Достоинством такого питания
является возможность получения сравнительно мощных
рентгеновских импульсов при использовании источника
электрической энергии небольшой мощности, поскольку
зарядка конденсатора может производиться в течение
времени, во много раз превышающего время разрядки.
Интерес к такому импульсному питанию трубки при
рентгенодиагностических снимках был проявлен еще
много лет назад. Однако импульсные рептгснодиагности-
ческие аппараты, выпускавшиеся в 30-х гг. в виде стаци-
онарных, были несовершенны [Л. 132] или слишком
сложны [Л. 109] и дальнейшего развития не получили.
Существенным обстоятельством явились также тяжелые
условия работы трубки при быстрой
тора сравнительно большой емкости.
териалы по медицинской импульс-
ной рентгенографии изложены в
[Л. 133].
Новые импульсные аппараты,
в первую очередь передвижные, по-
явились в 50-х гг., чему в значитель-
ной мере способствовало совершен-
ствование рентгеновских трубок.
В таких аппаратах используются
высоковольтные конденсаторы ем-
костью 0,5—1 мкФ и трехэлектрод-
ные рентгеновские трубки с вращаю-
щимся анодом на напряжения 100—
125 кВ. Один из таких аппаратов описан в [Л. 134].
Разрядная цепь такого импульсного аппарата изобра-
жена на рис. 4-54. В процессе зарядки конденсаторов
и после зарядки трубка находится под их напряжением.
Нить катода имеет неполный накал, управляющей сетке
задан отрицательный (запирающий) потенциал.
Такая система предъявляет очень высокие требова-
ния к качеству трубок в смысле стабильности вакуума.
17—1434 257
разрядке конденса-
Отсчсствснпые ма-
Рис. 4-54. Импульс-
ная схема с трехэлек-
тродноп рентгенов-
ской трубкой.
Малейшее газоотделение приводит к произвольной раз-
раздке конденсаторов, которая здесь в особенности опас-
на в виду значительно большей емкости, чем при сгла-
живании напряжения в ранее рассмотренных схемах.
Успокоительные резисторы 7? играют в связи со ска-
занным очень ответственную роль. Напомним, что при
сильном газоотделении в трубке на них может перейти
все напряжение конденсаторов и разрядный ток будет
ограничиваться лишь их величиной.
Перед тем как произвести снимок, разгоняют анод и
увеличивают накал трубки. Затем «открывают» трубку,
меняя отрицательный потенциал сетки на положитель-
ный. Происходит разрядка конденсаторов, которая при
полностью «открытой» трубке определяется током нака-
ла и анодной характеристикой. При желании разрядка
может быть прекращена в любой момент путем обратной
замены положительного потенциала сетки на отрица-
тельный. Емкости кабелей составляют примерно 0,1%
емкости конденсаторов и существенного влияния не ока-
зывают.
Рассмотрим основные закономерности, связанные с ге-
нерированием рентгеновского излучения при разрядке
емкости через рентгеновскую трубку.
Напряжение на емкости по мере ее разрядки умень-
шается; при полной разрядке оно падает до нуля. Рент-
геновское излучение, генерируемое при полной разрядке
емкости через трубку, подобно излучению, получающе-
муся при пульсирующем напряжении.
Форма импульса разрядного тока, как мы видели,
может быть различной. В связи с этим возникает вопрос:
в какой мере форма импульса влияет на излучение, ге-
нерируемое трубкой?
В случае импульсного питания трубки удобнее гово-
рить не об интенсивности, а об энергии излучения:
ъ t
Ar = ^Jdt= [ аиЧл dt,
о о
где t — время разрядки. Эта формула справедлива как
для излучения, непосредственно генерируемого трубкой
(я = 2), так и для излучения за объектом или фильтром
(п>2). При этом нужно лишь помнить, что величина а
резко уменьшается с увеличением Я.
258
Анодное напряжение связано с напряжением конден-
сатора соотношением
= и с—Д
где Ди— падение напряжения в каких-либо элементах,
имеющихся между емкостью , и трубкой. Напряжение
ис ~ UC макс с"’
где q — количество электричества, протекшее через труб-
ку от начала разрядки до рассматриваемого момента
времени.
Примем вначале, что Дн = 0; тогда иа = ис и
о
Q
О
Представим напряжение на емкости в виде ис =
= rnUc^^c} где т уменьшается по мере разрядки. Тогда
q ~ (1 CUсмаке = ( 1 ?макс
И
ЛГ = ЯССJ = аси"± -
т
т тП 1 1 / Л О 1 \
= С максима кс /2 _|_ j ’ (4-81)
Здесь ^макс — полное количество электричества, запа-
саемое емкостью при зарядке и одновременно — количе-
ство электричества, проходящее через трубку при пол-
ной разрядке. В этом последнем случае т = 0 и
Д ___ # С'11П+\ ___ 11П Л
г /2 _|_ 1 Смаке fi J Смакс^/макс’
При и = 5
Д __ а г<т fi ____ а т fi j п
г 6 °UСмаке 6 Смаке 7макс-
Таким образом, величина Аг является функцией С,
^смакс и q (или т) и от закона изменения тока (формы
17* 259
импульса) не зависит. Другими словами, при неизмен-
ных значениях С, Ucmwc и q, если только Aw остается
равным нулю, энергия рентгеновского излучения, отдан-
ная трубкой, неизменна.
Покажем теперь, что рентгеновское излучение при
указанных условиях получается одинаковым не только
12. > ..1819 20
Рис. 4-55. К вопросу о влиянии
формы импульса па рентгенов-
ское излучение.
количественно, но и каче-
ственно. На рис. 4-55 раз-
рядный ток имеет раз-
личные формы импуль-
са1. , Примем С И [/смаке
одинаковыми; разобьем
продолжительность про-
хождения тока через
трубку на неравные ин-
тервалы таким образом,
чтобы количество элек-
тричества, прошедшее че-
рез трубку в течение од-
ного какого-либо интерва-
ла, было равно количе-
ству электричества, про-
шедшего через трубку в
течение другого интерва-
ла как при той, так и при
другой формах импульса.
Тогда изменение напря-
жения за время одно-
го интервала будет иметь
вполне определенную величину, одинаковую для всех
интервалов. Со степенью точности, тем большей, чем
меньше величины взятых интервалов, q, напряжение и
ток в течение интервала можно считать постоянными;
следовательно, будет постоянным в течение интервала
и распределение энергии в спектре рентгеновского излу-
чения. Определенному и-му интервалу в обоих случаях
соответствуют одинаковое анодное напряжение, одина-
ковое количество излученной энергии и одинаковое рас-
пределение этой энергии по спектру. Суммируя энергию,
излученную на протяжении всех интервалов, приходим
к выводу, что и суммарная энергия для равного 'числа
1 Импульс, при котором ток вначале постепенно возрастает от
нуля, может быть получен, например, если изменение сеточного по-
тенциала осуществлять одновременно с повышением накала.
260
Интервалов, отсчитываемых от начала разрядки, оди-
накова по только количественно, но и качественно. Это
означает, что рентгеновский эффект, получаемый при
неизменных С, t/смакс и q и прочих равных условиях
(фокусное расстояние, фильтр и т. д.), при Ан = 0 от фор-
мы импульса нс зависит.
Если Au не равно нулю, то форма импульса будет
влиять на излучение. Рассмотрим практически важный
случай, когда Ан представляет собой падение напряже-
ния па успокоительных сопротивлениях, общую величину
которых мы обозначим через /?. Пусть трубка в течение
разрядки «открыта» полностью, а ее анодная характе-
ристика линейна, т. е. «открытая» трубка представляет
собой активное сопротивление постоянной величины.
Тогда ku = izR уменьшается так, что отношение
Смаке иС
ОС — . —
а. макс ^а
остается неизменным в течение разрядки; поэтому
(4-82)
и
Аг = ОДмакс
^Смакс V 1 —/п71+1______ пп 1 —
a J /Z Ц- 1 а.макс^макс И 1
Из сопоставления формул (4-81) и (4-82) видно, что
падение напряжения в успокоительных сопротивлениях
заметно уменьшает количество излученной энергии. Так,
если принять а= 1,1 и п —
= 5, то Аг уменьшится при-
мерно на 40%. Это умень-
шение можно снизить, изме-
нив форму импульса тока
так, чтобы в начале разряд-
ки падение напряжения на
успокоительных сопротивле-
ниях было меньше.
На рис. 4-56 показаны
уменьшение напряжения на
трубке на и нарастание излу-
ченной энергии Аг в функ-
ции количества электриче-
ства q, преходящего через
трубку в процессе разрядки:
/ — при а= 1,0 (/? = 0); 2 —
Рис. 4-56. Зависимости напря-
жения па трубке и излучения
трубки от количества прошед-
шего электричества.
261
Рис. 4-57. Зависимость напряже-
ния тока трубки от времени в про-
цессе разрядки.
по-прежнему полагая п = 5
при а= 1,1 (накал трубки неизменен); <9 — при постепенном
изменении ia в начале разрядки от 1,0 до 1,1 путем повы-
шения накала. На рис. 4-57 два последних случая пред-
ставлены для иа, ia и q в функции времени t; при неиз-
менном накале напряжение и ток спадают по экспонен-
циальному закону, причем принимается, что t достигает
100%, когда иа уменьша-
ется в е раз (из рис. 4-56)
видно, что к этому момен-
ту Аг практически уже
достигает предельного
значения). Изменение
формы импульса, нару-
шая экспоненциальный
закон, наряду с повыше-
нием Аг увеличивает вре-
мя разрядки.
Сравним излучение,
генерируемое в импульс-
ной схеме при полной раз-
рядке емкости, с излуче-
нием, генерируемым при
постоянном напряжении,
и имея в виду равенство
энергии, воспринимаемых анодом трубки. При постоян-
ном напряжении энергия излучения-
71гпост — #
а электрическая энергия, воспринимаемая анодом
трубки,
^пост = а<7-
В импульсной схеме при условии, что вся энергия,
отдаваемая емкостью, воспринимается анодом трубки
(успокоительные резисторы отсутствуют):
д __ & г т5
импульс 6 Uа.макс*'
И
^импульс 2 ^а-макс*7*
Следовательно, при равных значениях U а.макс И q
^ПОСТ
л
импульс
2.
262
ТакИхМ образом, величина q при импульсном питании
должна быть для равенства электрической энергии уве-
личена вдвое. Поэтому
А Г импульс 2 _ Q 33
А Г ПОСТ 6
Напомним, что для двухполупериодной схемы тот же
коэффициент равен 0,78—0,85 (§ 4-8).
Как мы видим, при разрядке емкости до па = 0 полу-
чается низкое использование трубки по излучению; при
наличии успокоительных резисторов оно будет еще мень-
шим. Поэтому разрядку нужно прекращать (изме-
няя сеточный потенциал трубки) при wa>0; расчеты по-
казывают, что для получения такого же использования
трубки, как и в двухполупериодной схеме, разрядку сле-
дует прерывать при напряжении на трубке 70—75% на-
чального. Некоторые данные по сравнению импульсной
схемы с обычной однофазной двухполупериодной приве-
дены в [Л. 134].
Укажем, что увеличение анодного тока трубки в им-
пульсном аппарате с целью сокращения выдержки (при
неизменной величине успокоительных сопротивлений)
приводит к уменьшению излученной энергии Аг. Такое
регулирование моЖно осуществлять, следовательно, лишь
при тех снимках, которые требуют относительно малой
доли энергии, запасаемой емкостью конденсаторов.
Естественно, что количество излученной энергии резко
падает также с уменьшением начального напряжения
на трубке. Отмеченные обстоятельства являются следст-
вием того, что в импульсном аппарате, по сравнению
с аппаратом схпрямым питанием от сети для снимка мо-
жет использоваться весьма ограниченное количество
электрической энергии. Это ограничение приводит также
к более жестким требованиям к рентгеновской пленке и
усиливающим экранам в смысле их чувствительности.
б) Микро- и наносекундная техника. Использование
микро- и наносекундной техники для получения мощных
импульсов рентгеновского излучения началось в 30-х гг.
Практическое применение эта техника нашла прежде
всего при исследовании быстро протекающих процессов:
рентгенография движущихся механизмов, процессов раз-
рушения. В дальнейшем микро- и наносекундная рент-
генография стала применяться также в обычной рентге-
подефсктоскопии и отчасти — в рентгенодиагностике. Об-
зор состояния дела в начале 60-х гг. дан в [Л. 135].
263
Рис. 4-58. Конструктив-
ные схемы электродов
Для снижения выдержек до микро- и наносекунд не-
обходимо получать импульсы тока порядка сотен и тысяч
ампер. Это требует специальных рентгеновских трубок.
При напряжении 100—150 кВ мгновенная мощность до-
стигает тысяч киловатт, при более высоких напряжени-
ях— еще больших значений. При первых попытках по-
лучить большие импульсы тока применялись импульсные
трубки с разрядом в парах ртути
[Л. 136 и 137] 'или трубки с уве-
личенной термоэлектронной эмис-
сией накаливаемого катода
[Л. 138 и 139].
В настоящее время использу-
ются, как правило, рентгеновские
трубки с электростатической
эмиссией. Общие -сведения об
электростатической эмиссии при-
водились в § 2-1. На рис. 4-58
приведены эскизы двух- и трех-
электродной трубок с электроста-
тической эмиссией. В отечествеи-
импульсиых трубок.
а — двухэлектродная; б —
трехэлсктродная.
ной импульсной аппаратуре обыч-
но используются двухэлектрод-
ные трубки [Л. 140—142]. Катод К
представляет собой цилиндр (или просто шайбу)
с острым краем, анод А—вольфрамовую иглу. При раз-
рядке конденсатора, когда между катодом и анодом ока-
зывается приложенным полное напряжение, из острого
края под действием электрического поля начинают вы-
рываться электроны. Так как структура этого края (его,
так сказать, «острота») неоднородна по всей окружно-
сти, то разряд происходит между какой-то одной точкой
и анодной иглой. Разряд носит характер пробоя в ва-
кууме. Анодная игла при бомбардировке ее электронами
дает рентгеновское излучение с максимумом, направлен-
ным по оси трубки.
Трехэлектродные трубки [Л. 147] отличаются тем, что
в них имеется дополнительный «поджигающий» элек-
трод 77. Вначале между катодом и этим электродом при-
лагается пониженное напряжение — поджигающий им-
пульс, который затем переходит в разряд между като-
дом и анодом.
В трубках типа «Фекситрон» американской фирмы
Филд Эмишн Корпорейшен [Л. 148—149] катод имеет
264
Рис. 4-59. Конструкция двухэлсктродпой импульс-
ной трубки с электростатической эмиссией.
1 — баллон; 2 — катодный держатель; 3 — игольчатые
катоды: 4 — анод.
игольчатые эмиттеры (рис. 4-59), электроны вырываются
электрическим полем из этих игл \ плотность разрядного
тока составляет примерно 4-Ю3 А/см2. Трубки типа
«Фекситрон» имеются -на напря-
жения до 2 000 кВ. Рентгеновское
излучение, как и в вышеописан-
ных трубках, исходит от игольча-
того анода в осевом направлении.
Рассмотрим теперь электриче-
ские схемы- питания импульсных
рентгеновских трубок. На рис.
4-60 представлена схема, в кото-
рой накопительная емкость (на-
копительный конденсатор) нахо-
дится в промежуточном контуре.
После зарядки конденсатора цепь
замыкается с помощью электрон-
ного или ионного прибора /<, кон-
пульспого питания двух-
электродпой импульсной
трубки.
денсатор разряжается через пер-
вичную обмотку импульсного
трансформатора Тр2, вызывая
импульс вторичного тока, проходящий через рентгенов-
скую трубку и создающий вспышку рентгеновского излу-
чения. Такая схема целесообразна для сравнительно ма-
ломощной аппаратуры.
В более мощной аппаратуре накопительные емкости
включают обычно параллельно рентгеновской трубке.
При этом часто используют так называемую схему
1 Вначале в трубках типа «Фекситрон» использовались одновре-
менно термоэлектронная и электростатическая эмиссии.
265
Рис. 4-61. Рентгенов-
ский генератор по
схеме Аркадьева —
Маркса.
Аркадьева — Маркса, изображен-
ную па рис. 4-61 1. Конденсаторы
Ct—С4 заряжаются через сопротив-
ления 7?i—/?7, разряжаются же
через разрядники Pi—Р3. Нача-
ло разрядки может определяться
предельным напряжением, до кото-
рого заряжаются конденсаторы или
же разряд может 'возникнуть в ре-
зультате воздействия па разрядни-
ки. Так, одному из разрядников
можно придать поджигающий элек-
трод. Поджигая один разрядник,
вызывают разряды во всей цепочке
разрядников. Дальнейшие -сведения
о схемах импульсного питания рент-
геновских трубок даются в § 6-1.
Отметим в заключение, что импульс-
ная аппаратура является в настоя-
щее время одним из основных на-
правлений современного рентгено-
аппаратостроения. К особым областям применения такой
аппаратуры следует добавить еще рептгеполокацию
[Л. 150].
ГЛАВА ПЯТАЯ
РЕНТГЕНОВСКИЕ АППАРАТЫ МЕДИЦИНСКОГО
НАЗНАЧЕНИЯ
5-1. РЕНТГЕНОДИАГНОСТИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ
Рентгенодиагностические аппараты являются самыми
многочисленными, составляя не менее 70% общего коли-
чества производимых рентгеновских аппаратов. Рентге-
подиагностическое обслуживание населения разнообраз-
но. Прежде всего это — сеть рентгеновских кабинетов
в поликлиниках, больницах и медицинских институтах,
требующая стационарных аппаратов различных классов.
1 Эта схема заимствована из силовой техники высоких напряже-
ний, где она применяется для ударных испытаний электрической
прочности высоковольтной изоляции; такие устройства называются
там ГИН (генераторы импульсного напряжения) и устанавливаются
прямо в помещениях (и даже вне помещений), т. е. работают при
атмосферном давлении.
266
Далее идет обслуживание постельных больных в боль-
ничных палатах с помощью передвижной аппаратуры,
затем — специальное рентгенодиагностическое обслужи-
вание в медицинских кабинетах и отделениях иного на-
значения, например хирургических. За пределами меди-
цинских учреждений следует указать на рентгенодиагно-
стическое обследование групп населения с помощью
разъездных аппаратов и рентгенодиагностическую по-
мощь на дому.
Современные стационарные рентгенодиагностические
аппараты строятся на предельные напряжения 125—
150 кВ при отдаваемой кратковременной мощности 15—
50 кВт. Напряжение регулируется в широких преде-
лах— до 30—40 кВ. С понижением напряжения мощ-
ность, допускаемая при предельном напряжении, сохра-
няется до напряжений 90—100 кВ. Во многих аппара-
тах при этих напряжениях допускается в 1,5—2 раза
большая мощность.
В стационарных аппаратах используются исключи-
тельно трубки с вращающимся анодом. В аппаратах
применяется однофазная двухполупериодная схема или
трехфазные схемы с шести- и двенадцатифазиым вы-
прямлением- Питающее устройство обычно допускает
присоединение двух и более рентгеновских излучателей и
позволяет обслуживать несколько рабочих мест; для по-
переменного включения излучателей в высоковольтном
генераторе предусматриваются высоковольтные пере-
ключатели.
Передвижные аппараты палатного типа обычно
строятся на предельные напряжения 100—125 кВ и
кратковременную мощность не более 15—20 кВт. В них
используются трубки с вращающимся анодом, в аппара-
тах сравнительно малой (до 5 кВт) мощности — трубки
с неподвижным анодом. В палатных аппаратах приме-
няется однофазная двухполупериодная, а в аппаратах
сравнительно малой мощности — однополупериодная
безвентпльная схема. Рентгеновские излучатели выпол-
няются иногда в виде моноблоков.
Передвижные аппараты разборного типа (с уклад-
кой в специальные ящики) также строятся на напряже-
ния 100—125 кВ. Их кратковременная мощность обычно
не превышает 10 кВт и в них применяются такие же вы-
прямительные схемы, что и в палатных аппаратах.
Рентгеновские излучатели выполняются, как правило,
267
в виде моноблоков с трубками с вращающимся или не-
подвижным анодом.
Переносные аппараты представляют собой частный
случай разборных аппаратов. Они укладываются в 2—3
чемодана массой (вместе с содержимым) не более 15 кг
каждый; иногда применяется укладка в брезентовые
чехлы. Напряжение в таких аппаратах не превышает
70—75 кВ, кратковременная мощность 1,5—2 кВт. Рент-
геновские излучатели выполняются исключительно в ви-
де моноблоков с трубками с неподвижным анодом.
Основная особенность рентгенодиагностических аппа-
ратов— снимки с короткими выдержками при повышен-
ной мощности — влечет за собой следующие обстоятель-
ства:
1. Из-за коротких выдержек допустимо, а из-за по-
вышенной мощности — целесообразно идти на сравни-
тельно большое падение напряжения, позволяющее
сокращать размеры и массу в первую очередь высоко-
вольтного генератора и понижать требования к сети. Это
выдвигает на первое место расчет па падение напряже-
ния, особенно ввиду сильного влияния напряжения на
интенсивность излучения.
2. Выдержка снимка столь мала, что желаемый ре-
жим (напряжение, ток) устанавливается перед снимком
и подрегулировка во время снимка не производится.
Поэтому в питающих устройствах современных рентге-
нодиагностических аппаратов обычно имеются устройст-
ва для предварительной установки режима, имеющие
либо предпоказывающие приборы, либо градуированные
шкалы, позволяющие задавать электрические данные до
включения высокого напряжения.
3. Из-за краткости выдержек коррекция напряжения
сети не может производиться во время снимков, поэто-
му устройство для предварительной установки напряже-
ния должно учитывать ожидаемое падение напряжения
не только в питающем устройстве, ио и в электрической
сети. Поскольку падение напряжения в сети может быть
различным (в зависимости от сопротивления сети), в пи-
тающем устройстве должна предусматриваться подгонка
к сети с тем, чтобы градуировка по напряжению сохра-
нялась правильной независимо от величины падения на-
пряжения в сети.
4. При коротких выдержках допустимая мощность
трубки возрастает по сравнению с длительной работой и
268
становится зависимой, с одной стороны, от длительности
выдержки, а с другой (при прицельных и серийных сним-
ках)— от предшествовавшей нагрузки и длительности
перерыва. Чтобы уменьшить возможность перегрузки,
следует предусматривать защиту хотя бы в пределах
одиночных снимков.
Можно различать условно рентгенодиагностические
аппараты и устройства общего назначения и специали-
зированные. Первые предназначаются для рентгеновских
просвечиваний и (или) снимков всех органов человека
без применения специальных методов, вторые — для ло-
кальных исследований (например, зубные аппараты),
для специальных методов (аппараты и устройства для
флуорографии) или, наконец, для особых условий (ап-
параты для рентгеновского контроля при хирургических
операциях). Вместе с тем специализированными устрой-
ствами, например для томографии, часто оснащаются и
аппараты общего назначения.
Основное внимание уделяется здесь аппаратам обще-
го назначения. Из специализированных аппаратов и
устройств, не считая томографов, кратко рассматрива-
ются флуорографические аппараты и устройства, «хи-
рургические» аппараты и аппараты и устройства для
ангиокардиографии.
5-2. РЕНТГЕНОДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Рентгенодиагностическое исследование должно обес-
печивать возможно более высокую распознаваемость па-
тологических отклонений человеческого организма от
нормы, в частности, на ранних стадиях заболевания.
Можно говорить об объеме (количестве, уровне) диагно-
стической информации, получаемой в результате иссле-
дования, понимая под этим сумму сведений, извлекае-
мых рентгенологом из рассматриваемого им рентгенов-
ского изображения и способствующих установлению
правильного диагноза1. При таком представлении, при-
веденном автором в ![Л. 151], объем диагностической ин-
формации непосредственно связывается с качеством
рентгеновского изображения. Зависимость качества изо-
__________ /
1 Речь идет об объеме полезной (для установления диагноза)
информации. Общий объем информации, содержащийся в рентгенов-
ском изображении, значительно больше. Обилие дополнительной
информации может оказаться отрицательным обстоятельством.
269
бражения от различных факторов для неподвижного
объекта исследования уже рассматривалась в § 1-3.
Здесь мы будем говорить об объеме информации и ка-
честве изображения в рентгенодиагностике, когда объект
исследования подвижен и лишь в частных случаях ус-
ловно может считаться неподвижным.
Как уже указывалось (§ 1-6), основными видами
рентгенодиагностических исследований являются:
а) рентгеновское визуальное просвечивание, б) рентге-
новские снимки, в) флуорография и г) рентгенокино-
съемка.
При просвечиваниях объем диагностической инфор-
мации зависит в первую очередь от степени обнаружи-
ваемое™ на рентгеновском изображении малых по раз-
меру и контрастности деталей. Объем информации здесь
сравнительно невелик, что объясняется сравнительно
слабой яркостью свечения экрана и сравнительно малой
резкостью (и малой контрастностью) изображения.
Яркость свечения ограничивается допустимой мощ-
ностью трубки и допустимой радиационной нагрузкой
рентгенолога и пациента. Резкость изображения опреде-
ляется разрешающей способностью экранов.
В итоге при сравнительно малом объеме информации
радиационная нагрузка при просвечиваниях сравнитель-
но велика. К отрицательным свойствам просвечиваний
относится также отсутствие какого-либо объективного
документа как результата исследования. С другой сто-
роны, просвечивания позволяют осуществлять хотя бы
простейшие функциональные исследования, поскольку
объект может изучаться в движении. Объем получаемой
информации в этом случае расширяется.
Использование усилителей яркости рентгеновского
изображения, в особенности в сочетании с рентгенотеле-
видением, поднимает просвечивание на более высокую
ступень. Объем диагностической информации возрастает
из-за увеличения яркости и возможности регулировать
контраст рентгеновского изображения на телевизионном
экране.
Рентгеновский снимок призван фиксировать строго
определенное (неподвижное) положение объекта. Мож-
но принять, что объем диагностической информации за-
висит здесь исключительно от степени обнаруживаемо-
сти на снимке малых деталей. При правильном выборе
рентгенографических условий рентгенодиагностические
270
снимки дают значительно больший объем инфор-
мации, чем просвечивания. Это объясняется тем,
что: а) на негатоскопе можно получить значительно
большую яркость, чем на экране для просвечивания,
б) высокая разрешающая способность усиливающих
экранов (и пленки) позволяет достигнуть большей рез-
кости изображения и в) при облучении пленки имеется
возможность варьировать в широких пределах контраст
изображения. Вопрос о выборе рентгенографических
условий снимков рассматривается дальше.
Флуорография представляет собой метод фотосним-
ков рентгеновского изображения с экрана для просве-
чивания. Из-за уменьшенного размера снимков (осу-
ществляемых на пленку шириной 70 или 105 мм) этот
метод дает существенную экономию пленки, поэтому он
находит себе применение главным образом при группо-
вых обследованиях населения, в первую очередь для об-
наруживания заболевания туберкулезом легких. Коли-
чество энергии, потребной для флуорографического
снимка, в равных условиях примерно в 2 раза больше,
чем для обычного рентгеновского. Вопрос об объеме
диагностической информации, даваемой флуорографиче-
скими снимками по сравнению с обычными рентгеновски-
ми, является дискуссионным.
Рентгенокиносъемка находится еще в сравнительно
раннем периоде своего развития. Ее более или менее
широкое применение в рентгенодиагностике стало воз-
можным лишь с появлением усилителей яркости рентге-
новского изображения, позволивших удерживать радиа-
ционную нагрузку рентгенолога и пациента, а также
тепловую нагрузку рентгеновской трубки на допустимом
уровне. При рентгепокиносъемке кинокамера фиксирует
на кинопленку (шириной 16 или 35 мм) рентгеновское
изображение с выходного экрана усилителя яркости и
представляет собой, по сути дела, кинофлуорографию.
Отдельные кадры сильно проигрывают в сравнении
с обычными рентгеновскими снимками. Однако возмож-
ность изучать движущееся изображение дает новое ка-
чество, которое позволяет резко расширить функцио-
нальные исследования и тем самым увеличить объем
диагностической информации.
Из всего сказанного следует, что из всех видов рент-
генодиагностических исследований снимки по значимо-
сти должны быть поставлены на первое место. При опре-
271
делении рентгенографических условий того или иного
снимка выбирают, в частности, электрические парамет-
ры: напряжение на трубке и ток трубки, а также вы-
держку. Мы рассмотрим здесь связь между этими пара-
метрами и факторами, от которых зависит качество
рентгеновского изображения на снимке: плотностью по-
чернения пленки, контрастностью изображения и его рез-
костью.
Плотность почернения пленки, как уже указывалось
(§ 1-3), зависит от экспозиции, т. с. количества рентге-
новских лучей, воздействовавших на единицу поверхно-
сти (и усиливающих экранов):
H=Jt,
где J согласно формуле (1-20) в сильной степени зави-
сит от напряжения. В применении к фотографическому
действию рентгеновских лучей можно говорить о сте-
пенной зависимости от напряжения непосредственно
плотности почернения пленки. Вопрос о численных зна-
чениях показателя степени п для этого случая обсуж-
дался уже в 30-х гг. [Л. 152]. В послевоенные годы со-
гласно [Л. 153] было принято /1 = 5, что считается
применимым для всех объектов медицинской рентгено-
графии за исключением конечностей.
Поскольку мы условились экспозицию Н считать
в широких пределах не зависящей от соотношения J
и /, то и плотность почернения пленки при неизменных
формах кривых напряжения ца и тока /а можно считать
зависящей просто от произведения
О75 q,
а.макс р а.макс'
где q — количество электричества, прошедшее через
трубку за время снимка.
Контраст изображения, как мы знаем, уменьшается
с увеличением напряжения на трубке. По данным не-
которых авторов контраст при рентгенодиагностических
снимках изменяется примерно обратно пропорционально
напряжению. Снижение контраста в значительной мере
зависит от интенсивности рассеянного излучения. При-
менение рентгеновских отсеивающих решеток уменьшает
действие этого излучения на пленку и позволяет рабо-
тать на более высоких напряжениях.
272
Переходя к третьему фактору — резкости изображе-
ния, напомним, что обычно говорят, наоборот, о псрез-
кости, оценивая ее (в миллиметрах) по размытости кон-
туров теневого изображения1. Следует различать три
основные нерезкости: а) геометрическую нерезкость,
обусловленную конечными размерами фокусного пятна
трубки и определяемую, помимо этих размеров, также
фокусным расстоянием (т. е. расстоянием фокус — плен-
ка); б) экранную нерезкость, речь о которой шла выше
и в) динамическую нерезкость, определяемую скоростью
движения объекта и выдержкой.
Суммарная нерезкость слагается из отдельных нерез-
костей. Формулы, даваемые различными авторами, раз-
личны. В первом приближении можно считать, что не-
резкости просто складываются. Вопрос о резкости рент-
геновского изображения тесно связан с вопросом
о выборе выдержки снимка.
Если объект может быть принят неподвижным, то
динамическая нерезкость равна нулю. В этом случае,
имея в виду лишь возможность случайного смещения
объекта, нет нужды стремиться к очень малым выдерж-
кам и часто можно без особого ущерба идти на увели-
чение выдержки до нескольких секунд. Это позволяет
применять фокус меньших размеров и уменьшать гео-
метрическую, а тем самым и суммарную нерезкость.
В случае движущихся объектов (в частности, при
снимках органов грудной клетки) динамическая перез-
кость играет важную роль и для получения высококаче-
ственных снимков выдержки стремятся сократить до
возможного минимума. Ввиду сравнительно больших
требующихся мощностей выбор условий снимка приоб-
ретает здесь особенное значение. Так, например, снимок
легких при фокусном расстоянии 150 см и напряжении
115 кВ требует энергии, воспринимаемой анодом трубки,
порядка 0,9 Дж (ВтХс). При выдержке 0,1 с потребная
мощность составит 9 кВт, а при 0,02 с — 45 кВт. Естест-
венно, что требования к аппаратуре и питающей сети
для этих случаев будут сильно различаться.
Кроме указанных, могут возникать еще нерезкости
по причинам механического характера. Так, при исполь-
зовании трубки с вращающимся анодом дополнительная
1 Согласно [Л. 154] произведение нерезкости в миллиметрах на
разрешающую способность, определяемую числом линий на милли-
метр (при использовании тест-объектов по рис. 1-10), равно 1,5.
18—1434 273
йерезкбсть может появиться из-за вибраций защитного
кожуха, обусловленных вращением анода. Можно счи-
тать, что она просто увеличивает геометрическую нерез-
кость. Ес следует иметь в виду для трубок с очень ма-
лыми размерами оптических фокусов (0,3x0,3 мм и
менее). При осуществлении прицельных снимков дополни-
тельная иерезкость, сравнимая по величине с указанны-
ми ранее основными исрезкостями, может возникать из-
за вибраций экраноспимочного устройства, вызываемых
быстрым перемещением кассеты с пленкой в поле облу-
чения и не успевающих погаснуть к моменту включе-
ния высокого напряжения.
Из приведенного материала видно, что выбор рентге-
нографических . условий снимка представляет собой
нелегкую задачу, тем более, что помимо указанных пара-
метров— напряжения на трубке, тока трубки и выдерж-
ки— следует выбирать размеры фокусного пятна рент-
геновской трубки, фокусное расстояние, а также учиты-
вать такие факторы, как чувствительность пленок и
экранов и действенность применяемых отсеивающих
решеток. Поэтому на практике пользуются так называе-
мыми таблицами экспозиций, содержащими рекомендуе-
мые условия снимков. В табл. 5-1 приведены примеры,
заимствованные из [Л. 154]. Поскольку здесь дается чи-
сло милликулонов без разделения на миллиамперы и
Таблица 5-1
Условия некоторых рентгенодиагностических снимков
Объект рентге- нографии Проекция Фокусное расстояние, см Отсенвтю- щая ре- шетка кВ мКл
Череп Прямая 100 + 84 50
Боковая 100 + 84 25
Шейные позвон- Прямая 150 84 25
ки Боковая 150 + 84 25
Поясничные Прямая 150 + 84 100
позвонки Боковая 150 + 115 50
Легкие Прямая 150 + 115 8
Боковая 150 + 115 25
Прямая 150 60 8
Боковая 150 — 71 35
Желудок Прямая 65—75 + 115 8
Боковая 65—75 + 115 25
Косая 65—75 + 115 12
Почки Прямая 100 + 60 100
1 Косая 100 + 60 150
274
секунды, такие данные могут использоваться в аппара-
тах различной мощности.
Приведенные условия (как и вообще в таблицах экс-
позиций) имеют в виду объект среднего роста (175 см)
и средней массы (75 кг); при заметных отклонениях
вводятся поправки в число киловольт или мнллнкулонов
или в то и другое вместе. Данные табл. 5-1 относятся
к работе на рентгенодиагностическом аппарате с шести-
фазным выпрямлением; при переходе к однофазному
аппарату с двухполупериодным выпрямлением число
милликулонов следует удвоить. Предполагается исполь-
зование пленок и усиливающих экранов нормальной
чувствительности, а в случае желудочных снимков —
усиливающих экранов повышенной чувствительности.
В довоенное время предельное напряжение при сним-
ках не превышало 80—85 кВ при предельном напряже-
нии просвечиваний 100—110 кВ. В послевоенное время
возросло внимание к снимкам лучами повышенной жест-
кости и предельное напряжение при снимках было до-
ведено до ПО, затем до 125 и 150 кВ. Этому способст-
вовал и прогресс в области рентгеноаппаратостроения,
в частности введение устройств для предварительной
установки напряжения и тока трубки, что позволило ра-
ботать при снимках на полном напряжении, в то время
как ранее такое напряжение допускалось лишь при
просвечиваниях, при снимках же напряжение ограничи-
валось внешней характеристикой [Л. 155].
Во второй половине 50-х гг. начали использовать на-
пряжения до 200 кВ и стала появляться аппаратура на
такие напряжения. Однако от -столь высоких напряжений
в дальнейшем отказались и в настоящее время рентгено-
диагностические аппараты выпускаются, как уже указы-
валось, на напряжения не свыше 125—150 кВ. Влияние
напряжения на условия медицинской рентгенографии
рассматривается в [Л. 158—172].
Вернемся к факторам, влияющим на качество снимка,
и сосредоточим свое внимание на контрастности и резко-
сти. До сих пор мы рассматривали эти факторы, полагая,
что они независимы друг от друга. Так и принималось
до конца 50-х гг.: ряд работ был посвящен вопросам,
связанным с контрастом (Л. 173], другой ряд — вопросам,
связанным с резкостью [Л. 174—176]. В [Л. 177] рас-
смотрены оба вопроса, однако также в достаточной мере
независимо друг от друга.
18* 275
Между тем при некоторых условиях оба фактора
оказываются взаимосвязанными, на что было обращено
внимание в [Л. 178]. Эту взаимосвязь разъясняет
рис. 5-1, на котором представлено изменение плотности
почернения пленки при облучении системы экран —
пленка через тест-объект с переменным числом периодов
на миллиметр. С увеличением этого числа вначале лишь
сильнее сказывается размытость краевых контуров, по
Рис. 5-1. Изменение плотности почернения пленки при
облучении через тест-объект с переменным числом перио-
дов па миллиметр.
которой оценивается нерезкость, а затем также начинает
уменьшаться разность между максимальной и минималь-
ной плотностями почернения, характеризующая контраст
изображения. Таким образом, резкость и контрастность
можно рассматривать в качестве независимых факторов
лишь до некоторого предела, который наступает тем бы-
стрее, чем больше нерезкость и меньше размеры дета-
лей.
Пока не достигнут этот предел, снижение качества
изображения из-за нерезкости объясняется тем, что раз-
мытость краев деталей ухудшает их рассматривание и
распознавание. По достижении этого предела следует
считаться с дополнительным снижением из-за потери
контраста. При больших нерезкостях эта потеря приво-
дит к тому, что малые детали вообще исчезают из поля
зрения.
Сказанное относится не только к снимкам, но и к про-
свечиваниям, а также к новым техническим средствам
рентгенодиагностики — усилителям яркости рентгенов-
ского изображения и рентгенотелевидению. В итоге
в конце 50-х гг. появился новый подход к характеристике
систем передачи рентгеновского изображения, связанный
с оценкой контраста. Мы дадим здесь лишь самое общее
276
представление об этом новом подходе, используя в ка-
честве источников [Л. 178—180].
Новый подход основывается на понятиях, заимство-
ванных из теории информации. Систему, предназначае-
мую для передачи информации, можно представить в ви-
де цепочки, изображенной на рис. 5-2. Каждое звено этой
цепочки обладает определенной «информативной способ-
ностью», т. е. может передавать или воспринимать опре-
Рис. 5-2. Схема передачи информации.
/ — объект информации; 2 — передатчик; 3 — промежуточные пе-
редающие звенья; 4 — приемник; 5 — получатель информации;
6 — источники искажений.
деленное количество информации. В применении к элек-
трическим системам естественно говорить о числе сигна-
лов в единицу времени. Реальная информативная спо-
собность уменьшается при переходе от одного звена
к последующему, поскольку любое звено не может пере-
дать больше информации, чем оно восприняло. В то же
время в системе могут появиться сигналы вне информа-
ции— «шумы» (согласно термину, заимствованному из
радиотехники).
Следующие друг за другом во времени сигналы мож-
но, как известно, представить в виде суммы гармониче-
ских (синусоидальных) колебаний различной частоты.
Чем совершеннее система передачи информации, тем она
пропускает более широкий спектр частот. Если какое-
либо звено не пропускает (или пропускает в пониженной
степени) часть спектра, то оно становится фильтром,за-
держивающим (или ослабляющим) эту часть, что приво-
дит к снижению информативной способности системы и
вносит искажения в передачу. Наглядным примером яв-
ляется фильтрация частот и вызываемые ею искажения
в электроакустических системах.
Рассмотрим теперь, как изложенные выше представ-
ления могут быть применены к передаче изображений
277
в оптических и рентгеновских системах. Здесь следует
говорить не о временной, а о пространственной после-
довательности сигналов: передаваемое изображение мо-
жет быть разбито на ряд элементарных ячеек, каждая
из которых обладает координатами х и у в плоскости
изображения. Далее следует выбрать физическую вели-
чину, которая, поддаваясь измерению от одной элемен-
тарной ячейки изображения к другой, могла бы служить
мерой качества изображения. Этот вопрос не получил
пока своего завершения. В оптике оперируют понятием
передачи контраста, применяя его для характеристики
систем передачи изображения и оценивая возможности
использования этого понятия для определения качества
изображения. По такому же пути идет и рентгенотехни-
ка. Мы ограничимся тем, что кратко расскажем об оцен-
ке передачи контраста рентгеновскими системами.
Для этого вернемся к рис. 5-1 и представим себе, что
тест-объект с переменным числом периодов на милли-
метр таков, что дает строго синусоидальное изменение
измеряемой величины, в данном случае плотности почер-
нения пленки (вплоть до той щели, когда контраст вос-
производится полностью). <В то же время каждому пе-
риоду тест-объекта соответствует определенная частота,
которую мы назовем пространственной. Таким образом,
в случае подобного тест-объекта гармонически (синусои-
дально) изменяющаяся величина, подлежащая измере-
нию, связывается с пространственной частотой, подобно
тому как в системе, передающей электрические сигналы,
та или иная гармоника спектра связана с временной
частотой.
Изменение контраста в зависимости от пространст-
венной частоты можно представить в виде кривой, на
которой контраст, соответствующий какой-либо частоте,
берется в процентах по отношению к максимальному
контрасту. Такую кривую принято называть частотно-
контрастной характеристикой. Из рис. 5-1 ясно, что
с увеличением частоты относительный контраст умень-
шается. Другими словами, система передачи изображе-
ния ведет себя как фильтр, подавляющий передачу тем
сильнее, чем выше частота. Спад частотно-контрастных
характеристик различен для различных систем и может
служить для оценки системы с точки зрения передачи
контраста, а также в значительной (если не в полной)
мере с точки зрения качества изображения.
278
Контраст изображения (в том числе и через измени
ине исрезкостп) зависит от различных факторов. Влия-
ние каждого из них может быть оценено отдельной ча-
стотно-контрастной характеристикой. При этом имеет
Рис. 5-3. Частотно-контрастные характеристики
рентгенодиагпостического снимка.
/ — характеристика системы экран—пленка; 2 — характе-
ристика, оценивающая размеры фокусного пятна; 3 и
3' — характеристики, оценивающие перемещение объек-
та; Р и Р' — результирующие характеристики.
ние относительных контрастов дает результирующий от-
носительный контраст системы. На рис. 5-3, заимствован-
ном из [Л. 180], представлено влияние различных факто-
ров на контраст рентгеновского снимка при следующих
условиях: размеры фокуса трубки 2X2 мм, расстояния
фокус — объект 180 см и объект — пленка 10 см, ско-
рость перемещения объекта 15 мм/с; выдержка для ха-
рактеристик 3 и Р — 0,02 с, для характеристик 3' и Р' —
0,1 с. Характеристики показывают, какое существенное
влияние может оказывать перемещение объекта во вре-
мя снимка.
Не останавливаясь на расчетных и эксперименталь-
ных методах построения частотно-контрастных характе-
ристик, укажем лишь, что при экспериментальном по-
строении приходится преодолевать существенные затруд-
279
нения. Одним из них является вопрос о тест-объекте,
с помощью которого должны производиться измерения.
Создать, как это требуется, такой тест-объект (в виде
растра), который обеспечивал бы гармоническое изме-
нение измеряемой величины, практически очень трудно;
к тому же этот тест-объект был бы пригоден лишь для
излучения со вполне определенным распределением
энергии по спектру. Поэтому, как правило, используют
тест-объекты с прямоугольным сечением щелей, мирясь
с возникающими неточностями или внося поправки. Дру-
гим существенным обстоятельством является вопрос: вы-
полняется ли линейный закон для измеряемых величин?
Отклонения от этого закона влекут за собой погрешно-
сти при нахождении, например, результирующей частот-
но-контрастпой характеристики по составляющим.
Приведенным материалом мы ограничиваем здесь све-
дения о новом подходе к оценке систем передачи рент-
геновского изображения. Этот новый подход находится
в развитии, и ему посвящается большое число новых
публикаций; укажем, в частности, на [Л. 181]. Частотно-
контрастные характеристики использованы в [Л. 182] для
оценки влияния механических колебаний рентгеновского
штатива на качество рентгеновского снимка.
5-3. РЕНТГЕНОДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ТРУБКИ
Как уже указывалось в § 5-1, в рентгенодиагностиче-
ских аппаратах в настоящее время используются пре-
имущественно рентгеновские трубки с вращающимся
анодом; в данном параграфе мы сосредоточим свое вни-
мание на этих трубках.
Трубки с вращающимся анодом появились еще
в30-х гг. [Л. 183, 184], широкое же распространение по-
лучили в 50-х гг. В этих трубках применяется вольфра-
мовый анод, вращающийся (при частоте 50 Гц) с часто-
той 2 600—2 800 об/мин. Трубки предназначаются для
работы в изоляционном масле. В 60-х гг. получили рас-
пространение также трубки со сложным вольфрамо-
молибденовым анодом и утроенной частотой вращения
8 500 об/мин. В настоящее время в производстве и экс-
плуатации находятся как те, так и другие трубки. Мы
остановимся вначале на трубках с вольфрамовым ано-
дом. Такие трубки могут быть разбиты на три основных
типоразмера (табл. 5-2). Основными параметрами, ха-
280
Т а б л п ц а 5-2
Основные типоразмеры рентгенодиагностических трубок
с вращающимся анодом 2 600—2 800 об/мин;
анодный диск — вольфрамовый, угол среза 15—20°
Наибольшее паспортное напряжение, ‘ кВ Наибольший размер види- мого фокуса, мм Наиболь'ная п >едельно допускаемая [мощность, кВт, ПРИ выдержке 0,1 с Размеры трубки
Диаметр средней частм баллона, мм Длина стеклянной части трубки, мм
1 2 3 4 5
125—150 100-150 100—125 2X2 2X2 1,8X1,8 50—60 40 20 120—140 105—115 80—85 П родолл 250—300 230—250 210—220 сение табл. 5-2
Диск ГИОД'1 Теплоемкость, кДж Масса излу- чателя, кг
Диаметр, мм Масса, г анода излучателя
6 7 8 9 10
90—100 70-80 55—60 450—550 250—350 200-250 90—110 50—70 40—50 1 000—1 300 700—900 300—450 20—30 16—18 9—11
П р и мечани я: 1. Таблица составлена в согласии с данными отечественных
трубок и трубок ряда зарубежных фирм.
2. Предельно допускаемая мощность дана для указанных фокусов при работе
трубок двух первых типоразмеров в трехфазных аппаратах, третьего типоразмера — в
однофазных аппаратах с двухпалупериодным выпрямлением.
рактеризующими трубку, наряду с поминальным напря-
жением являются: диаметр анодного диска, его масса и
размер фокусного пятна. От этих параметров зависят,
с одной стороны, размеры трубки, а с другой — ее на-
грузочная способность. Размер фокуса и диаметр фокус-
ной дорожки определяют кратковременную мощность
трубки. Теплоемкость диска, зависящая от его массы,
определяет допустимую частоту включений при повтор-
но-кратковременной работе; теплоемкость обычно указы-
вается в килоджоулях, причем имеется в виду номиналь-
ный нагрев, начиная с комнатной температуры.
Трубки изготовляются преимущественно двухфокус-
ными. Второй фокус в трубках двух первых типоразме-
ров обычно берется равным 1X1 или 1,2X1,2 мм. Преду-
281 '
Рис. 5-4. Нагрузочные характери-
стики рентгенодиагпостической
трубки 14-30-БД-150 на 150 кВ,
2 600—2 800 об/мин.
----— в трехфазпых аппаратах;
----— в однофазных аппаратах
с двухполупериодным выпрямлением.
На рис. 5-4 представлены
сматривается также фокус 0,3X0,3 мм, позволяющий осу-
ществлять увеличенные снимки [Л. 185—187].
Допустимая мощность трубки при коротких выдерж-
ках в трехфазных аппаратах значительно выше, чем
в однофазных. Если пренебречь скольжением и принять,
что анод вращается с синхронной скоростью, то макси-
мумы мощности будут приходиться от оборота к обороту
па одни и те же участки фокусной дорожки. В однофаз-
ной двухполупериодной схеме при частоте 100 Гц и син-
хронной частоте вращения 3 000 об/мин это — два проти-
воположных по диаметру участка; участки, сдвинутые на
четверть оборота, соответствуют мощности, равной нулю.
В схеме с шестифазным выпрямлением при частоте
300 Гц и топ же частоте вращения имеются не два,
а шесть участков с максимумом мощности, причем мощ-
ность (при пульсациях на-
пряжения и тока до 15%)
не падает ниже 0,7 макси-
мальной; при одинаковой
средней мощности (за пе-
риод) максимальная мощ-
ность в схеме с шестифаз-
ным выпрямлением будет
в 1,5—1,8 раза меньшей.
Это ведет к пониженно-
му нагреву участков, со-
ответствующих м аксиму-
мам мощности и позволя-
ет поднять среднюю (за
период) мощность. Из
сказанного можно также
сделать заключение, что
небольшое скольжение,
имеющееся у анодов
(2 600—2 800 об/мин вме-
сто 3 000), является бла-
гоприятным фактором,
агрузочные характеристи-
ки отечественной трубки 14-30-БД-150 первого типораз-
мера (диаметр анодного диска —100 мм). Мощность
трубки при работе в трехфазных аппаратах составляет
при выдержке 0,1 с для фокуса 2x2 мм — 50 кВт, для
фокуса 1X1 мм — 200 кВт. Угол среза анода —15°;
удельные нагрузки при указанных мощностях составля-
282
Рис. о-5. Зависимость коэф-
фициента нагрузки от вы-
держки при неизменных
значениях А = [/а.макс? для
трубки 14-30-15Д-150.
10Т соответственно 3 и 5 кВт/мм2; при выдержке 1 С
удельные нагрузки примерно в 1,5 раза меньше. В ин-
тервале выдержек 0,02—0,2 с допустимые мощности
в однофазных аппаратах с двухполупериодпым выпрям-
лением в 1,5—1,7 раза меньше, чем в трехфазных аппа-
ратах.
В эксплуатационных условиях далеко не всегда ис-
пользуют трубку при полной мощности. Такое использо-
вание целесообразно в первую
очередь при тех снимках, ко-
гда желательно обеспечить воз-
можно меньшую динамическую
нерезкость. В других случаях
предельно возможное сокраще-
ние выдержки не является
столь необходимым. Для оцен-
ки использования трубки вве-
дено понятие коэффициента
нагрузки:
Р& Доп
где Ра — мощность, при кото-
рой работает трубка, а Ра.доп—
наибольшая мощность, допу-
скаемая при данной выдержке.
Из рис. 5-5 можно сделать .заключение, что при неизмен-
ном значении энергии, воспринимаемой анодом трубки
(т. е. при неизменных значениях t/а.макс и q), коэффици-
ент нагрузки с увеличением выдержки падает, умень-
шаясь примерно вдвое при ее удвоении.
Долгое время наиболее слабым местом трубок с вра-
щающимся анодом являлись подшипники. Главной зада-
чей было обеспечение достаточно малого трения при ра-
боте в вакууме в условиях больших изменений темпера-
туры, поскольку подшипники сильно разогреваются из-за
теплопередачи от анодного диска. Вопрос был решен
покрытием шариков тонкой пленкой серебра (или ба-
рия) путем испарения в вакууме. Та же цель достигается
«смазыванием» шариков свинцом с графитом [Л. 39].
Совершенствование подшипников (и трубок с враща-
ющимся анодом в целом) привело к значительному по-
вышению их надежности, и срок службы трубки, опреде-
ляемый числом включений (т. е. числом снимков), стали
оценивать по спаду радиационного выхода (§ 7-4), кото-
283
рый имеет место в процессе эксплуатации трубки. Этот
спад объясняется в первую очередь старением анода под
воздействием высоких температур, вызываемых электрон-
ной бомбардировкой фокусной дорожки и достигающих
2 200—2 400 °C. По данным {Л. 39] перепад температуры
при распространении тепла от фокусного пятна в глубь
анодного диска достигает 20—25 тыс. °С/мм. Это приво-
дит к появлению больших сил растяжения и сжатия,
воздействующих па по-
верхностную структуру
анодного диска; поверх-
ность по мере эксплуата-
ции становится в'се более
шероховатой, покрываясь
сетью впадинок, становя-
щихся все глубже. Излу-
чение, возникающее в ре-
Рис. 5-6. Влияние 'поверхностной
структуры фокусной дорожки на
интенсивность излучения, отда-
ваемого трубкой.
зультате торможения
электронов во впадинах, должно преодолевать (выходя
под малыми углами к поверхности диска) большую
толщу вольфрама, что и приводит к понижению интен-
сивности (рис. 5-6).
Естественно, что старение трубки происходит тем бы-
стрее, чем выше нагрузка, при которой работает трубка.
Согласно [Л. 188] коэффициент нагрузки принимается
равным единице при такой нагрузке, когда после 10 ты-
сяч включений радиационный выход уменьшается до 70%
первоначального значения (рис. 5-7). При этом переры-
вы между отдельными включениями должны быть до-
статочными, чтобы температура анодного диска снижа-
лась до 400—500 °C.
Заметным шагом в совершенствовании трубок с вра-
щающимся анодом явилось разделение фокусных доро-
жек для двух фокусов в трубках первого типоразмера,
обладающих анодами с наибольшим диаметром диска.
Хотя это и привело к уменьшению среднего диаметра
одной из дорожек, зато уменьшило старение. Увеличение
нагрузки из-за уменьшения диаметра фокусной дорожки
в отечественных трубках типа 14-30-БД-150 было ском-
пенсировано уменьшением угла среза (с 17 до 15°).
Фирма Сименс применила двуугловые диски (рис.
5-8), придав трубкам с такими дисками обозначение
Биангуликс. Фокусные дорожки отличаются здесь не
только диаметрами, но и углами среза, что позволяет
284
увеличить допускаемую мощность на фокусной дорожкё
меньшего диаметра за счет дальнейшего уменьшения со-
ответствующего угла. Рентгенографические вопросы,
Число включений
Рис. 5-7. Спад радиационного выхода (мощности
экспозиционной дозы) в зависимости от числа включе-
нии при различных коэффициентах нагрузки.
связанные с применением двуугловых дисков, рассматри-
ваются в (Л. 189]. Отметим, что большинство зарубеж-
ных фирм продолжает выпускать трубки с фокусами,
совмещенными на одной фокусной дорож-
ке. Исключением является фокус 0,ЗХ
Х0,3 мм, который 'И на одноугловом диске
иногда выносится на отдельную дорожку.
Крупнейшим шагом вперед явилось утро-
ение скорости вращающегося анода.
В современных трубках с утроенной часто-
той вращения диаметр анодного диска него
масса имеют такие же величины и диск тре-
бует такого же времени для разгона (0,8—
1 с), что и в трубках на 2 600—2 800 об/мин.
что свидетельствует о большом прогрессе
в создании шарикоподшипников, работаю-
щих в вакууме. Как показывает рис. 5-9,
заимствованный из [Л. 190], утроение часто-
Рис. 5-8. Расположение фокусов на двуугловом ди-
ске.
285
1'ы вращения позволяет или резко увеличить мощность
трубки при коротких выдержках или уменьшить размеры
фокусного пятна при той же мощности. Для достижения
утроенной частоты вращения статор питается напряже-
нием утроенной частоты (150 Гц). Для быстрого остано-
ва анода (3—5 с) применяется электромагнитное тор-
можепие.
В трубках с утроенной
частотой вращения обыч-
но применяются аноды со
сложным вольфрамом о-
либ,деновым диском. Ос-
новную массу анода со-
ставляет молибденовая
основа; ее сторона, обра-
щенная к катоду, покры-
вается вольфрамом. Это
позволяет сохранить вы-
сокие температуры фокус-
ного пятна, и в то же вре-
мя повысить нагрузочную
способность трубки при
повторно - кратковремен-
ной работе, поскольку
Рис. 5-9. Сравнительные нагрузоч-
ные характеристики для частот вра-
щения 2 600—2 800 и 8 500 об/мин.
удельная теплоемкость
молибдена примерно в
2 раза больше, чем у вольфрама. Получение достаточно
прочного соединения вольфрама с молибденом и высокой
теплопередачи от первого ко второму является весьма
серьезной технологической задачей. Сравнение вольфра-
мовых и вольфрамомолибденовых анодных дисков для
трубок первого и второго типоразмеров японской фирмы
Тосиба на 150 кВ дается в табл. 5-3.
Таблица 5-3
Сравнительные данные вольфрамовых и вольфрамомолибденовых
анодных дисков
Параметры Диаметр 100 мм Диаметр 74 мм
DR-150 вольфрам DR-250 сложный DR-90 вольфрам DR-190 сложный
Толщина, мм 3,5 6,5 3,0 8,0
Масса, г . . . Теплоемкость, 540 620 260 360
кДж .... 110 150 50 100
286
Как мы видим, применение сложного анодного диска
приближает трубки второго типоразмера по теплоемко-
сти к трубкам первого типоразмера.
Для повышения термической устойчивости вольфра-
мовой поверхности используют вольфрам с 10%-нойпри-
садкой рения. На рис. 5-10 представлен спад радиацион-
ного, выхода для дисков из чистого вольфрама и воль-
фрама с присадками ре-
ния. Рений является до-
рогостоящим вакуумным
материалом, и его исполь-
зование стало целесооб-
разным лишь в сложных
анодах, ввиду значитель-
но меньшей здесь массы
вольфрама.
Повышенная термиче-
ская устойчивость по-
верхности вольфрама с
присадкой рения позволя-
ет поднять предельно до-
Рис. 5-10. Спад радиационного вы-
хода для анодных дисков.
п уст И'М ы е температуру
фокусного пятна и мощ-
ность трубки при коротких выдержках’[Л. 191, 192]. Наи-
высшей температурой фокусного пятна, которую можно
допустить, исходя из теоретических соображений, связан-
ных с испарением вольфрама, являются 2 800—2 900 °C
[Л., 193]. Решение вопроса о практически допустимых
температурах осложняется трудностью эксперименталь-
ного определения температуры фокусного пятна.
В отечественных рентгеновских трубках типа
14-30-БД-150 на 8 500 об/мин со сложными (вольфрам-
рений-молибденовыми) анодами сохранены те же разме-
ры и масса анодного диска и те же нагрузочные харак-
теристики, что и у трубки с вольфрамовым анодом на
2 600—2 800 об/мин (рис. 5-9), фокусы же уменьшены до
1,2X1,2 мм и 0,6X0,6 мм.
Фирма Сименс выпускает в настоящее время трубки
на 8 500 об/мин типа «Биангуликс-Рапид» с вольфрам-
рений-молибденовыми двуугловыми анодными дисками
диаметром 100 мм, массой 550 г и теплоемкостью
160 кДж. Трубки на напряжения 125 и 150 кВ имеют
одинаковые параметры, включая размеры. В табл. 5-4
приведены данные фокусов, используемых в этих труб-
287
Таблица 5-4
Фокусы рентгенодиагностических трубок „Биангуликс—Рапид“
на 125 и 150 кВ, 8 500 об/мин
Услов юе Размеры, Угол среза Мощность, кВт, при выдерж- Удельные на- грузки, кВ г/мм пж выдержке
Ki е, с
0, 1 с
об значе- ние мм анодного диска 0,02 0,1 0,5 2,5 Действи- тельный фокус Видимый фокус
BH01R 1,3x1,3 12° 105 100 75 38 12,5 59
Bi50R 1,0x1,0 15 53 50 43 25 13 50
Bi30R 0,6x0,6 10 35 30 27 18 14 83
Bil 2R 0,3x0,3 10 13 12 10 7,5 23 134
ках в следующих сочетаниях: а) 101 R и 30 R, б) 50 R и
30 R и в) 50 R и 12 R. Для второго сочетания имеется
трехэлектродная модификация (с управляющей сеткой).
Обращаясь к удельным нагрузкам, видим, что для
фокусов в пределах от 1,3X1,3 до 0,6x0,6 мм нагрузки,
рассчитанные ,для действительного фокуса, изменяются
мало, при переходе же к фокусу 0,3X0,3 мм — значи-
тельно, что объясняется более благоприятной теплопере-
дачей от фокуса малых размеров. Нагрузки, отнесенные
к видимому фокусу, физического смысла, естественно,
не имеют, однако могут служить мерой эффективности
фокуса с учетом угла среза анодного диска. Фокусное
расстояние f, при котором может быть использован тот
или иной фокус, определяется по формуле
-J-Ctga,
где а — угол среза анода и h — размер облучаемого по-
ля, параллельный оси трубки и перпендикулярный цен-
тральному лучу.
Как уже указывалось, в последние годы возрос ин-
терес к снимкам очень мягкими лучами, генерируемыми
при напряжениях 20—35 кВ. Для специальной модифи-
кации трубки типа «Биангуликс-Рапид» на 125 кВ обес-
печивается пониженная фильтрация центрального пучка
излучения баллоном трубки и защитным кожухом, что
позволяет расширить интервал напряжений, при которых
может использоваться трубка.
288
В специальных трубках фирмы Тосиба осуществляет-
ся выход лучей через вакуумио-пепроницаемое берил-
лиевое оконце [Л. 194]. В трубке используется вращаю-
щийся апод, диск которого изготовлен целиком из мо-
либдена: в сочетании с бериллиевым оконцем это дает
больший по сравнению с вольфрамом выход мягких лу-
чей за счет высокой интенсивности характеристического
излучения молибдена, со-
ответствующего напряже-
ниям 17,4 и 19,5 кВ.
В [Л. 194] описаны так-
же трубки с вращающим-
ся анодом, имеющие очень
малый (до 0,03x0,03 мм)
фокус. Такие трубки мо-
гут использоваться для
Рис. 5-11. Изменение температуры
фокуса при рентгенодиагпостиче-
ском снимке.
снимков с четырехкрат-
ным увеличением [Л. 195].
Вопросы, связанные с виб-
рациями трубки и под-
держивающего штатива, приобретают здесь большое зна-
чение.
Остановимся на тепловых режимах рентгенодиагно-
стических трубок с вращающимся анодом. Начнем с на-
грева анода при одиночном снимке. На рис. 5-11 пред-
ставлено изменение температуры элемента фокусной до-
рожки за отрезок времени, на который приходятся два
максимума температуры, соответствующие бомбардиров-
ке этого элемента электронным пучком. С достаточной
степенью точности можно считать, что
Т макс — Т дор + Т фок,
где Тдор — температура элемента в момент, предшеству-
ющий электронной бомбардировке, нарастающая от обо-
рота к обороту; Тфок—максимальная температура эле-
мента, обусловленная бомбардировкой за один оборот,
и Гмакс — суммарная максимальная температура. При
этом принимается, что за время одного оборота темпе-
ратура элемента успевает упасть от ТМакс до Гдор, и пре-
небрегается отдачей анодным диском тепла лучеиспуска-
нием. Величина 7фОК зависит от воспринимаемой мощ-
ности, начальная величина ТДОр представляет собой тем-
пературу анодного диска перед включением высокого на-
пряжения (400—500°C); скорость нарастания 7\ор опре-
19—1434 289
деляется, с одной стороны, воспринимаемой мощностью,
с другой — быстротой передачи тепла от фокусной до-
рожки к массе анодного диска. Предельное значение
Тмакс достигается в конце выдержки.
Если Тмачс относить не к определенному элементу
фокусной дорожки, а к ее поверхности, находящейся под
электронным пучком (точнее — под тем краем этого пуч-
ка, который находится со стороны убегания анодного
диска), то при постоянном анодном напряжении и по-
стоянном анодном токе ТМакс будет нарастать непрерыв-
но, достигая в конце выдержки, естественно, того же пре-
дельного значения.
Чем короче выдержка, тем большие значения допу-
стимы для Тфок, поскольку тем меньше в конце вы-
держки. Если исходить из задаваемого значения Тфок,
то допускаемая мощность (для фокусного пятна опре-
деленных размеров) будет тем больше, чем меньше вы-
держка и чем выше скорость перемещения элемента фо-
кусной дорожки, т- е. чем больше диаметр анодного ли-
ска и число оборотов в единицу времени.
С увеличением выдержки допустимое значение ТфОк
уменьшается не только из-за увеличения ТЛОр, но и из-за
уменьшения предельно допускаемого значения Тмакс, по-
скольку на фокусную дорожку будут дольше воздейст-
вовать температуры, близкие к Тм^с. Сказанное объяс-
няет ход нагрузочных характеристик для одиночных
снимков.
Обратимся теперь к повторно-кратковременной работе
трубки и остановимся прежде всего на режиме просве-
чиваний. Мощность, воспринимаемая анодом, здесь не-
велика (порядка 300 Вт) и трубка может работать с не-
подвижным анодом, если только фокусное пятно имеет
не слишком малую величину (более 0,3X0,3 мм). Допу-
скается ли длительная работа трубки при такой мощ-
ности, зависит от теплоемкости анода. Согласно [Л. 196]
теплоемкость численно равна предельно допускаемой на-
груженности трубки при выдержке 20 с, представляющей
собой максимальное количество энергии, которое может
воспринять анод при непрерывной работе в течение ука-
занного времени. При такой продолжительности можно:
а) по-прежнему пренебречь лучеиспусканием и б) счи-
тать, с другой стороны, что энергия успевает достаточно
равномерно распределиться в анодном диске. Численные
значения теплоемкости (предельно допускаемой нагру-
290
женности) для различных анодов были даны в табл. 5-2
и 5-3.
На рис. 5-12 представлены кривые нагрева и охлаж-
дения анода для трубки типа DR-190 фирмы Тосиба при
различных мощностях, воспринимаемых анодом; трубка
относится ко второму типоразмеру (табл. 5-3). При мощ-
ности 500 Вт допустимое время работы (после включе-
ния) составляет несколько более 5 мин; при мощности
300 Вт разрешается ра-
бота без ограничения
времени. Установивша-
яся температура анод-
ного диска равна при
этом примерно 900 °C.
Повторно-кратковре-
менная работа в режи-
ме снимков практиче-
ски имеет место при
флуорографических об-
следованиях, когда
снимки следуют один за
другим более или ме-
нее ритмично. Произве-
Рис. 5-12. Типичные кривые нагрева
и охлаждения анодного диска.
дем примерный расчет
нагруженности трубки при такой работе. Примем, что
флуорографический снимок производится в среднем при
режиме 100 кВ, 20 мА-с (это соответствует в двухполу-
периодной схеме энергии примерно 1,5 кДж) и число
снимков в час достигает 120, т. е. снимки осуществляют-
ся с интервалами в 30 с. За 120 снимков анод воспримет
энергию 120-1,5=180 кДж. Деля эту величину наЗ 600 с,
получаем среднюю мощность, при которой работает
трубка, — 50 Вт. Эта мощность столь невелика, что по-
зволяет приравнять режим флуорографии одиночным
снимкам.
Увеличение энергии, воспринимаемой анодом за сни-
мок, и сокращение перерыва между снимками приводят
к повышению нагруженности трубки. Наибольшая нагру-
женность, которую можно допустить при повторно-крат-
ковременной работе в режиме снимков, определяется
формулой
А1 = Рдл^МИН,
где Ai — энергия, воспринимаемая анодом за один сни-
мок, и РдЛ — предельно допускаемая длительная мощ-
9* 291
пость трубки (равная примерно 300 Вт). При этом сред-
няя температура анода повышается до 800—900 °C,
а потому предельно допускаемую мощность снимка
следует понизить против одиночных снимков на
20—30%.
При серийных снимках, быстро следующих друг за
другом в ограниченный промежуток времени (например,
при ангиографии), допустимые нагрузки следует рассчи-
тывать иным способом, поскольку анод работает в пе-
устаповившемся тепловом режиме и средняя температу-
ра анодного диска нарастает от снимка к снимку. Со-
гласно [Л. 197] общее количество энергии, воспринимае-
мой анодом за серию, не должно превышать 80% энер-
гии, предельно допускаемой для одиночного снимка при
выдержке, равной продолжительности серии; в то же
время мощность серийного снимка по должна превышать
80% мощности одиночного снимка.
Остановимся в заключение на нагрузках при при-
цельных снимках. Будем считать, что трубка в течение
исследования одного пациента непрерывно работает при
режиме просвечиваний, на который налагаются прицель-
ные снимки, осуществляемые сериями по четыре снимка
с перерывами между снимками 5 и между сериями 30 с.
Пусть мощность для режима просвечиваний равняется
270 Вт (90 кВ, 3 мА), а для прицельного снимка требу-
ется энергия 2,5 .кДж (что соответствует режиму 90 кВ
и 30 мА-с в трехфазных аппаратах). Тогда энергия, по-
лучаемая анодом за 1 мин просвечиваний, составляет
18 кДж, примерно в 7 раз превышая энергию одного
снимка. Если считать (согласно с рис. 5-12), что при
длительной мощности 270 Вт нагружепиость трубки при-
мерно равна 60 кДж, то, скажем, 12 прицельных сним-
ков доведут ее до 90 кДж (если пренебречь дополни-
тельным лучеиспусканием, обусловленным нагревом ано-
да от снимков).
С точки зрения нагруженности анода в целом такой
режим допустим, по мощность прицельных снимков дол-
жна быть значительно понижена против предельно допу-
скаемой мощности одиночных снимков как из-за быстро-
го следования снимков, так и из-за дополнительного на-
грева анода при предварительном просвечивании перед
снимками, что доводит температуру анода перед первым
снимком до 800—900°C. Заметное облегчение создается,
если во время перерывов между сериями (30 с) спима-
292
ется нагрузка просвечиваний; это снижает нагружен-
ность трубки на 5—10 кДж за перерыв, замедляя (или
даже останавливая) возрастание температуры от серии
к серии.
В реальных условиях режимы прицельных снимков
менее напряжены, поскольку перерывы между снимками
в среднем обычно дольше указанных. Снижение предель-
но допускаемой мощности
снимками для трубок
с вольфрамовым анодом
по [Л. 188] составляет до
25%, по данным фирмы
Тосиба— 30%. Если при-
нять для этих трубок при
одиночных снимках со-
гласно [Л. 188] расчетное
число включений 10 тыс.,
то при прицельных сним-
ках можно пойти на
уменьшение этого числа
до 7—8 тысяч, что во -вея-
но сравнению с одиночными
О 4Z? 80 120 160(2) мин
Рис. 5-13. Типичные кривые на-
грева и охлаждения рентгеновско-
го излучателя.
/ — без обдува; 2 — с вентиляторным
обдувом..
ком случае должно позво-
лить снижать мощность
не более чем на 20—25%.
Рентгенодиагности ч е-
ские излучатели уже опи-
сывались в § 2-3. Здесь
мы остановимся вкратце н
их тепловых режимах. Излу-
чатель, как и трубка, характеризуется теплоемкостью,
выражаемой также в килоджоулях. В самом первом при-
ближении теплоемкость излучателя в Ю—15 раз больше,
чем анода рентгеновской трубки.
На рис. 5-13 представлены кривые нагрева и охлаж-
дения излучателя типа ХН-102 фирмы Тосиба с трубкой
типа DR-190, работающей с мощностью 300 Вт. В то
время как анод трубки согласно рис. 5-12 достигает те-
плового равновесия при нагруженпости ниже предель-
ной, излучатель в целом даже при вентиляторном обду-
ве такого равновесия не достигает. Это объясняется тем,
что защитный кожух затрудняет передачу тепла от ано-
да трубки к окружающему пространству. Вместе с тем
длительности нагрева и охлаждения для излучателя во
много раз больше, чем для анода, что объясняется во
много раз большей теплоемкостью.
293
5-4. ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ГЛАВНОЙ ЦЕПИ
РЕНТГЕНОДИАГНОСТИЧЕСКОГО АППАРАТА
При расчете падения напряжения в главной цепи питающих
устройств рентгенодиагностических аппаратов следует, как мы зна-
ем, исходить из соотношения
^а.макс —ХХ^/а.макс — 'Uа. макс + Д^а.макс,
(5-1)
где под Af/а.макс следует понимать уменьшение напряжения на вы-
ходе питающего устройства при наибольшем токе нагрузки, допу-
скаемом при напряжении С/а.макс, (Причем это
уменьшение обусловлено падением напряжения
во всей главной цепи, т. е. как в самом пи-
тающем устройстве, так и в сети. При расчете
примем для главного трансформатора и регу-
лировочного автотрансформатора следующие
допущения:
а) пренебрежем малым влиянием их ин-
дуктивностей рассеяния;
б) оставим без внимания намагничиваю-
щие токи, так как когда напряжение равно
максимуму, их мгновенные значения равны
нулю; это справедливо также и для однополу-
периодной схемы;
в) пренебрежем активными токами потерь
в стали.
Кроме того, примем, что сопротивление вы-
соковольтных вентилей не зависит от проходя-
щего тока, и оставим без внимания влияние
емкости высоковольтных кабелей, которое мало
ввиду того, что расчет проводится для боль-
ших нагрузок.
Принятые допущения приводят к простой
схеме замещения, изображенной на рис. 5-14.
Эта схема непосредственно применима к одно- и двухполупериодной
однофазным схемам и к трехфазной схеме с шестифазным выпрям-
лением для соединения обмоток звезда — звезда. Для соединения
обмоток треугольник — звезда и для трехфазной схемы с двенадца-
тифазным выпрямлением следует произвести трансфигурацию тре-
Умакс
^вент
^тр
^сетли
Рис. 5-14. Схема
замещения для ра-
счета падения на-
пряжения в глав-
ной цепи.
угольника в звезду.
В схеме рис. о-14 учитываются те звенья, через которые прохо-
дит ток в момент времени, соответствующий максимуму напряжения
на выходе питающего устройства. Здесь /<Сети — сопротивление се-
ти; /<Тр — сопротивление главного трансформатора; /<Бент — сопро-
тивление вентилей. В главной цепи имеются еще сопротивления со-
единительных проводов в питающем устройстве и переходные сопро-
тивления в соединениях и коммутационной аппаратуре; их можно
причислять к сопротивлениям /?Тр или /?Сетн в зависимости от того,
находятся они в первичной или вторичной цепи регулировочного
автотрансформатора.
Особо следует остановиться на самом регулировочном авто-
трансформаторе. Его сопротивление зависит, как мы знаем, от его
коэффициента трансформации (§ 3-9). Кроме того, следует иметь
в виду, что изменение коэффициента трансформации изменяет при-
веденные значения других сопротивлений.
294
Уменьшение напряжения на выходе питающего устройства (на-
пряжения на рентгеновской трубке) для схемы замещения рис. 5-14
можно представить формулой
Л(7а. макс — Да ,ма xcRo бщ = А’м Лт .с pR о б щ, (5'2)
где под /?общ следует понимать сумму всех указанных выше сопро-
тивлений главной цепи, приведенных ко вторичной обмотке главного
трансформатора.
Рассмотрим зависимость допустимого сопротивления /?общ от
величины а. Из (5-1) имеем:
а — 1
А^а.макс = (а 1) ^а.макс = ^а.макс* (5"3)
Из (5-2) и (5-3) получаем:
Р - а 1 ^а.макс
*°бщ“ а Ма.ср’
Так как изменение а влечет за собой изменение коэффициента
трансформации главного трансформатора
а" _ w"2
F ar w'J
(o4 = const), то будем подразумевать под /?Общ сопротивление глав-
ной цепи, приведенное не ко вторичной обмотке главного трансфор-
матора, а к сети. Тогда
Г72 1 г?
Р _Q сети «-1Ла.Уакс
*общ ~ 2 £2 а k / ’
^а.макс ,т а,ср
где (7сстп — номинальное напряжение сети, т. е. напряжение на вхо-
де регулировочного автотрансформатора до включения нагрузки.
Преобразуя с учетом того, что Pa = fUa.максЛч.ср, будем иметь:
n о f <* — I ^сети ос — 1 ^сети е
^общ —2 а2 ра =пу- а2 ра • (5-4)
Формула (5-4) показывает, что допустимое сопротивление глав-
ной цепи при заданных схеме выпрямления, мощности трубки и но-
минальном напряжении сети определяется выбранной величиной а.
Дифференцируя (5-4) по а и приравнивая его пулю, получаем, что
предельное значение /?Общ соответствует а=2. Это предельное зна-
чение равно:
U2
г» Л nr сети
^общ.пРед—0,25 р • (5-5)
Из (5-4) и (5-5) получаем:
»^общ л rZ 1 .
—--------— 4-------—9
^^общ.пРед а
295
При а = 2 максимум напряжения источника электрической энер-
гии разделяется поровну между сопротивлением /?Общ и сопротив-
лением нагрузки (сопротивлением рентгеновской трубки), приведен-
ным к напряжению сети, т. е. напряжению источника. Таким обра-
зом, мы решили задачу, обратную известной из общей электротех-
ники, когда находится максимум мощности, которую воспринимает
нагрузка в виде активного сопротивления, при заданных напряжении
источника и сопротивления сети. Этот максимум также имеет место
при разделении напряжения источника поровну между сопротивления-
ми нагрузки и сети. При сопоставлении обеих задач нужно помнить,
что сопротивлению /?Общ в одной задаче соответствует сопротив-
ление сети в другой, поскольку здесь нагрузка присоединяется прямо
к сети. Условие а = 2 для максимума мощности можно считать
справедливым и в нашем случае, если кривая анодного тока трубки
и кривая анодного напряжения (при прохождении тока) не слишком
отличаются по форме друг от друга, т. е. проницаемость трубки
невысока.
При дальнейших расчетах примем (как и в § 4-9), что кривая
анодного тока трубки повторяет кривую анодного напряжения
(трубка имеет.малую проницаемость). Этот предельный случай це-
лесообразно принять, поскольку падение напряжения в главной цепи
при неизменном /?Общ будет тогда большим и, наоборот, расчетная
величина 7?Общ при заданном значении меньшей, чем для трубки
со средней или высокой проницаемостью. Таким образом, расчет
должен давать удовлетворительные результаты для трубок с любы-
ми анодными характеристиками в установленных ранее пределах
(рис. 2-18). В табл. 5-5 приведены значения коэффициентов для
принятого предельного случая.
Таблица 5-5
Коэффициенты'длявы прямите л ьпых схем
рентгенодиагностических аппаратов (кривая анодного тока
трубки повторяет кривую анодного напряжения)
Схема ь -*• MaKG / а. ср "-!Х
^а. макета, ср
Однополупериодная 3,14 0,79 0,5
Двухполупериодная 1,57 0,79 1,0
С шестифазным выпрямле- 1,05 0,95 1,8
нием
С двенадцатифазиым вы- 1,02 0,98 1,9
прямлением
Разделим сопротивление 7?Общ на две части: сопротивление се-
ти 7?ссти и сопротивление питающего устройства /?уСтр (приведен-
ное также, естественно, к сети):
•/?общ — Rcern
+ ^?ycTpJ
(5-6)
последнее сопротивление объединяет все ранее, перечисленные со-
противления, кроме сопротивления сети. При .расчете питающих
устройств на падение напряжения сопротивление сети сле-
дует считать заданным. Величина задаваемого сопротивления
сети зависит от мощности Ра, отдаваемой питающим устройством
296
Таблица 5-6
Допустимые сопротивления сети для
рентгенодиагностических аппаратов
Наибольшая Соп'ютнвление сети, Ом, при
Выпрямительная схема кратковремен- ная мощность, номинальном напряжении
кВт 380 В 220 В
0,5 1 ,6
1 3 1
Однополуперп- 2 4 2 1,2 0,6 0,6 0,4
одпая 8 0,2
10 0,5 0,16
16 0,3 0,1
1 5 1,6
2 3 1
4 2 0,6
Двухполупери- одная 8 10 16 1,2 1,0 0,6 0,4 0,3 0,2
20 0,5 0,16
32 0,3 0,1
40 0,25 —
16 1 0,3
С шести- или 20 0,8 0,25
двенадцати- 32 0,5 0,16
фазным вы- 40 0,4 0,12
прямлением 50 0,3 0,1
100 0,15 —
Примечания: 1. Если няибэльщая .кратковременная мощ-
ность затрата находите! в ^г))ме>кугке :’ме>кду двум;! указанными
значениями, rof соответствующее с лтгивлен ie сети определяется
путем линейной интерполяции.
2. Для трехфазных аппаратов пэд сэпэтивленчем £сети понима-
ется суммарное сопротивление двух линейных проводов.
(и воспринимаемой анодом трубки), выпрямительной схемы питаю-
щего устройства it номинального напряжения сети t/сети. В табл. 5-6
даны допустимы? сопротивления сети для рентгенодиагностических
аппаратов, заимствоеванные из PC 1535-68 *.
Если в табл. 5-6 отбросить для одно- и двухполупериодной схем
первые 2—3 ступени мощности, то сопротивление сети с достаточной
степенью точности может быть выражено формулой
и2
сети , /с,
^сети = п2 ~~Б > (5-7)
____________ 1 а
* Рекомендация СЭВ по стандартизации: «Аппараты рентгенов-
ские. Общие технические требования. Методы испытаний».
297
где riz — коэффициент пропорциональности, равный для одыополу-
периодной схемы 0,035, для двухполупериодной — 0,07 и для схем
с шести- и двенадцатифазным выпрямлением — 0,11. Таким образом,
расчетное сопротивление сети для двухполупериодной схемы в 2 ра-
за больше, чем для однополупериодной, п примерно в 1,6 раза мень-
ше, чем для трехфазных схем.
Подставляя (5-4) и (5-7) в (5-6) и считая сопротивление /?устр
искомым, имеем:
г j2
D D D С а — 1 \ исети
^устр = °об щ °сетк ~ а2 /г2 ) р* ‘ а (5-8)
На рис. 5-15 представлены кривые, характеризующие измене-
ние /?общ, ^сети и /?устр в зависимости от а для двухполупериодной
схемы П1 = 1). Кривые а соответствуют сопротивлению сети, рассчи-
танному по формуле (5-7) при П2 —0,07, а кривые б и в — сопро-
тивлениям сети, при которых относительная потеря напряжения в се-
ти Д[/*Сети) составляет 0,1 и 0,15 (§ 4-9). Кривые а верны и для
однополупериодной схемы, если
Рис. 5-15. Изменение расчетных
Значений /?устр> -/?общ и 7?сети для
масштаб -по вертикальной оси
изменить в 2 раза.
Из формулы (5-8) и из
рис. 5-5 видно, что /?Устр, как
и 7?общ, возрастает с увеличе-
нием а. Основной составляю-
щей /?Устр, варьируемой при
расчете, является сопротивле-
ние главного трансформатора
/?тр. Сопротивление высоко-
вольтных вентилей следует счи-
тать заданным. Сопротивление
регулировочного автотрансфор-
матора может варьироваться,
однако оно меньше сопротивле-
ния главного трансформатора,
особенно при значениях коэф-
фициента трансформации,
близких к единице; если коэф-
фициент трансформации равен
единице, оно вообще равно ну-
лю. Таким образом, выбор рас-
четного значения а связан
двухполупериодной схемы в зави-
симости от а.
в первую очередь с выбором
расчетного значения 7?Тр. Ука-
жем еще, что нас интересует,
естественно, сопротивление
главного трансформатора, приведенное не к сети, а к первичной
(или вторичной) обмотке самого трансформатора. Поэтому при ко-
эффициентах трансформации регулировочного автотрансформатора,
отличных от единицы, сравнение 7?уСтр при различных вариантах
расчета следует производить, приводя его также к первичной (или
вторичной) обмотке главного трансформатора.
Как мы знаем, некоторые рентгенодиагностические аппараты
могут работать при полной мощности лишь при номинальном на-
пряжении, другие — в некотором интервале напряжений, третьи —
298
лишь при напряжении, составляющем 65—70% номинального. Преж-
де чем переходить к вопросу о выборе расчетного значения, рассмо-
трим особенности второго и третьего случаев, имея в виду, что
расчетным должен быть режим при полной мощности. Применим
при этом для упрощения, что сопротивление автотрансформатора
равно нулю при всех значениях коэффициента трансформации.
Для двух каких-либо сравниваемых режимов всегда можно на-
писать:
п «1 — 1 ^сети
^общ! = 2 р
'ai
И
а2 — 1 сети
^2 = -^— П1~р^-
откуда при условии неизменности коэффициента П\
^общ2 __^2____ai Ра 1
^общ1 а| а% — 1 Ра2
(5-9)
Рассмотрим, как изменяется при неизменной мощности коэффи-
циент а, если, задавшись его значением си (а тем самым и ^обпц
и 7?УстрО для номинального напряжения, уменьшать относительный
коэффициент трансформации регулировочного автотрансформатора
ka- В этом случае
Робт
^Общ!
а — 1
а2 aj — 1 ’
(5-10)
Введем обозначение: 7?уСтр1 ' /?сети = *7ь причем будем считать,
для упрощения, что все сопротивление /?усТр сосредоточено во вто-
ричной цепи автотрансформатора; заметим также, что
Яустр1 • Яустр = k2a. Тогда
/?общ1 —^?ссти + ^?Устр1 — 6/1 + 1) Яс ст и (5-11)
и
Яобщ — Ясети “Ь* ЯустР —
^еети>
откуда
/2 । 1 9
______g—1 «j
<71 + 1 = »* а, — Г
(5-12)
/ Обозначая левую часть этого уравнения через К и решая отно-
сительно а, получаем:
“ (I ± К1-4К); (5-13)
2S9
здесь следует брать меньшее значение (с отрицательным знаком
перед радикалом). На рис. 5-16 представлено в качестве примера
изменение а и относительных значений t/а.макс и Яа.макс для двух-
Рис. 5-16. Изменение а с умень-
шением напряжения па трубке
при неизменной мощности.
и однополупериодной схем при не-
изменной мощности в зависимости
от изменения k& при «1 = 1,25 и
^i = 1,3.
Как мы видим, уменьшение ka
приводит к возрастанию а и не-
изменная мощность может быть
выдержана лишь в ограниченном
интервале напряжений, в данном
случае от полного до несколько
меньшего, чем половинное.
Зададимся теперь соотноше-
нием t/макс! : ^макс2 = ^и, Где
^макс! — номинальное напряже-
ние, а ^/Макс2 — наименьшее на-
пряжение, при котором еще под-
держивается неизменная мощность.
Добавляя к уравнению (5-9),
в котором а получает индекс «2»
(в знак соответствия напряжению
£/максг), второе уравнение
— р
^макс1
^макС2 _ а2 ^маке2 _
а1 макс1
а«
— ku.
04 м
получаем систему уравнений, из которой можно найти аг=Д«1)
при заданном значении ku. На рис. 5-17,а в качестве примера даны
для тех же условий, что и на рис. 5-16, зависимости аг и Ла от ai
при &м=0,67. Таким образом, задаваясь значением ai для номи-
Рис. 5-17. Соотношения между ai и а2 при
расчете главной цепи.
/ —£р = 1; 2— &р=0,6; а — задается at, находит-
ся а2, £м=0,67; б — задается а2. находится Щ,
300
налъпого режима, находим значение аг для другого предельного
(поХнапряжению) режима при неизменной мощности.
Поставим обратную задачу: исходя из задаваемого обратного
соотношения (Умаксг : Пмакс1=^и и задаваемого значения а2, най-
ти аь 'соответствующее номинальному напряжению/ При этом для
большей общности введем обозначение Pai : P&2==kp, которое по-
надобится нам для случая, когда мощность, допускаемая при по-
ниженной напряжении, превышает мощность при номинальном на-
пряжении.
Исходной по-прежнему остается формула (5-6). Вводя соотно-
шение Т?устр2 :/?сети = ^2 и заменчая, что теперь /г2а=(/?устр2*
/?устрь получаем:
И
/?ОбЩ2=^?ССТИ + /<ус тр2 —/?ССТИ (1 + ^2)
^общ1 — Рсетк 4“ ^УстР1 — ^сети
k2 '
Подставляя эти выражения в (5-9), имеем:
1 +<7г _ “г — 1 “1 ,
2 а, — 1
1 4- —
1 ' /,2
ka
Добавляя соотношение
, ^макс1
' " р —— г j
^макс2 а2 ^макс2
(5-14)
(5-15)
а1 ^макс! „ Д1_
а2
получаем систему уравнений, из которой можно найти ai = /(a2)
при заданных значениях ku и kp. На рис. 5-17,6 в качестве примера
даны для двух- и однополупериодной схем зависимости ai и ka
от а2 для неизменной мощности (kp = 1) при &и = 1,5. Эти кривые,
обозначенные на рис. 5-17,6 индексом «1», как бы обратны кривым
па рис. 5-17,а.
Оба режима — при номинальном напряжении и при наименьшем
напряжении, при котором еще поддерживается неизменная (полная)
мощность, — с точки зрения расчета падения напряжения являются
равноправными. Будем ли мы вести расчет для первого или второго
режима, мы должны прийти к одинаковому расчетному значению
/?устр, приведенному к первичной (или вторичной) обмотке главного
трансформатора, хотя расчетные значения а будут сильно отличать-
ся. Предпочтительнее проводить расчет при номинальном напряже-
нии, поскольку с ним связана электрическая прочность. Для второго
режима следует сделать поверочный расчет, чтобы выяснить можно
ли при выбранном значении at и заданном пониженном напряжении
получить ту же мощность.
Переходим к третьему случаю, когда полная мощность допу-
скается только при пониженном напряжении. Используя вновь фор-
мулы (5-8) и (5-9), находим зависимость kp от ka при неизменных
301
значениях аг и ku:
/
/
/'
(5-16)
На рис. 5-18 эта зависимость
и £максг) дана для аг, равного
(наряду С ЗаВИСИМОСТЯМИ £макс1
2 и 1,7 при &и = 1,5. При ^а=1
Рис. 5-18. Закономерности, имею-
щие место, когда с понижением
напряжения на трубке мощность
возрастает.
Рис. 5-19. Закономерности
для неизменной внешней ха-
рактеристики.
имеет место особый случай,
когда обоим режимам—при
номинальном напряжении и при
полной мощности — соответст-
вует одна внешняя характеристика и переход от одного режима
к другому осуществляется просто изменением накала трубки. При
&а<1 напряжение холостого хода (£макс) при переходе к номиналь-
ному режиму не повышается, а понижается, хотя рабочее напряже-
ние (t/макс) возрастает. Для аг=2 при £а=:1,1 и для аг=1,7 при
&а=1,2 полная мощность соответствует обоим режимам.
Закономерности, свойственные неизменной внешней характери-
стике, уже рассматривались в § 3-11. На рис. 5-19 эти закономер-
ности представлены в несколько ином виде: изменение всех величин
дано в зависимости от а. Хотя интенсивность излучения с увеличе-
нием мощности уменьшается, однако работа с повышенной мощно-
стью при пониженном напряжении имеет тот смысл, что повышает
интенсивность излучения при этом напряжении, которое в некоторых
случаях может быть более благоприятным из-за большей контраст-
ности рентгеновского изображения.
На рис. 5-17,6, кривые, обозначенные индексам «2», представ-
ляют для двух- и однополупериодной схем зависимости ai и k&
от аг при kp=0fi и ^и = 1,5 (что соответствует /аг: /ai=2,5). Пе-
302
реход к номинальному режиму дает здесь, естественно, меньшие
значения а, чем при неизменной мощности. В согласии с ранее ска-
занным, расчет падения напряжения в этом случае следует произ-
водить для режима с полной мощностью, т. е. при пониженном на-
пряжении.
Обратимся теперь к вопросу о выборе расчетного значения а,
ограничив себя вначале первым и вторым случаями, когда расчет
ведется для номинального режима. Увеличение а в формуле (5-9)
приводит,\как уже указывалось, к увеличению расчетного значения
^устр и тем самым к увеличению расчетных значений сопротив-
лений главного трансформатора и регулировочного автотрансформа-
тора, что, естественно, должно способствовать уменьшению их раз-
меров п массой Наиболее существенным представляется уменьшение
размеров и массы главною трансформатора, поскольку это приво-
дит к уменьшению размеров и массы высоковольтного генератора
в целом.
Это в особенности важно в случае моноблока, так как приводит
к облегчению также и штатива, поддерживающего моноблок, являю-
щийся рентгеновским излучателем. Поэтому здесь целесообразно
брать высокие значения а. При однополупериодном питании трубки
максимумы полуволн вторичного напряжения следует выравнивать
посредством включения вентиля в первичную цепь.
Действенность защиты от сброса нагрузки является здесь
весьма существенным вопросом. Защита должна срабатывать доста-
точно быстро, чтобы отключить высоковольтный генератор прежде,
чем повышающееся напряжение достигнет чрезмерных значений.
Увеличение а повышает, опасность сброса нагрузки. Для номиналь-
ного режима целесообразно брать а= 1,4ч-1,6; при этих значениях
а, с одной стороны, существенно уменьшаются размеры и масса
главного трансформатора, а с другой — в достаточной мере огра-
ничивается предельное напряжение холостого хода. Дальнейшее уве-
личение а влияет на увеличение 7?уСтр все в меньшей степени и поч-
ти не влияет на размеры и массу моноблока, в то время как пре-
дельное напряжение холостого хода становится чрезмерным.
В более мощных рентгенодпагностических аппаратах рентгенов-
ские трубки размещаются в отдельных защитных кожухах и высо-
ковольтный генератор конструктивно не связан со штативом, поддер-
живающим рентгеновский излучатель. При значительно больших
размерах и массе высоковольтного генератора главный трансфор-
матор занимает здесь меньшую долю объема и его масса состав-
ляет меньшую долю массы высоковольтного генератора, чем в моно-
блоке. В итоге для номинального режима оказываются достаточными
значения а = 1,25ч-1,35. Нижний предел относится к высоковольтным
генераторам с высоковольтными кенотронами, верхний — с селено-
выми выпрямителями, поскольку в них имеет место большее паде-
ние напряжения. Дальнейшее повышение а (как и для моноблоков
при а= 1,4ч-1,6), не влияя заметно на размеры и массу высоко-
вольтного генератора, неоправданно увеличивает опасность случай-
ного сброса нагрузки, при котором здесь воздействию повышенного
напряжения подвергается большее число высоковольтных частей.
Укажем, что значения а= 1,25ч-1,35, соответствующие уменьше-
нию напряжения на выходе рентгеновского питающего устройства
(по отношению к напряжению холостого хода) на 20—26%, а тем
более значения а= 1,4ч-1,6, соответствующие уменьшению на 28—
38%, высоки по сравнению со значениями, обычными для силовых
303
электрических устройств. Объяснение следует искать в том, /что
величина к. п. д. для рентгеновских питающих устройств не имеет
существенного значения, повышенное же падение напряжешь по-
зволяет уменьшать размеры и массу устройства. /
В третьем случае, когда расчет ведется при пониженном/напря-
жении (поскольку только ему соответствует полная мощность), це-
лесообразно брать расчетные значения а в пределах 1,5—ДО. Чем
мощность при пониженном напряжении больше мощности i/ри номи-
нальном напряжении (чем меньше kp), тем больше при прочих
равных условиях целесообразное значение а. Выбирая расчетное зна-
чение а, следует производить поверочный расчет повышения напря-
жения при сбросе нагрузки для обоих режимов — номинального и
при полной мощности. Напряжение холостого хода для обоих режи-
мов следует относить к номинальному напряжению; напряжение
холостого хода при сбросе нагрузки не должно превышать поми-
нальное на 30—35%.
Приведем упрощенный расчет главной цепи питающего устройст-
ва с двухполупериодной схемой выпрямления. Примем следующие
исходные условия: -
1) питающее устройство должно иметь два предельных режима:
125 кВ, 250 мА и 75 кВ, 400 мА, которым при неизменных значе-
ниях /?м = 1,57 и / = 0,79 соответствует примерно одинаковая мощ-
ность 25 кВт;
2) питающее устройство должно присоединяться к электрическим
сетям с номинальными напряжениями 220 и 380 В;
3) в качестве высоковольтных вентилей используются высоко-
вольтные кенотроны.
Зададим для поминального режима ai = l,25; тогда Амане =
= 138 кВ. Общее сопротивление главной цени, приведенное к сети
с напряжением 380 В,
/?общ=^Ц^^!-==0,92 Ом.
«I 'а
Расчетное сопротивеление сети для того же сетевого напряже-
ния
^сети
Яое111 = 0,07 —5— = 0,4 Ом.
а
Отсюда расчетное сопротивление главной цепи в самом питаю-
щем устройстве, также приведенное к сети с напряжением 380 В,
/?уст==^?общ—/?сети==0,52 Ом.
Возьмем первичное напряжение главного трансформатора при
холостом ходе, соответствующем (по внешней характеристике) но-
минальному режиму, таким, чтобы сопротивление регулировочного
автотрансформатора, приведенное к его вторичной цепи, т. е. к пер-
вичной цепи главного трансформатора, было одинаковым для обоих
сетевых напряжений. Если считать, что сопротивление автотранс-
форматора распределяется вдоль его обмотки равномерно, то пер-
вичное напряжение главного трансформатора оказывается при этом
равным примерно 280 В, а проходное сопротивление автотрансфор-
матора, приведенное к его вторичной цепи, составляет примеоно 20
и 30% действительного сопротивления его обмотки для напряжений
304
соответственно 380 и 280 В. Будем оперировать теперь сопротивле-
ниями, приведенными к первичной цени главного трансформатора.
Тогда R'ccL'ii^0,22 Ом и ^'у стр = 0,28 Ом. Пам нредсюит распре-
делить сопротивление Т^'устр между его составляющими.
Примем, что общая длина I всех соединительных проводов
главной цени от сетевого выключателя до первичной обмотки глав-
ного трансформатора составляет 20 м и провода имеют сечение
25 мм2; если провода медные, то их сопротивление, вы i пленное по
формуле R^lRAq, равно 0,03 Ом. Примем далее, что имеется 10
переходных сопротивлений ио 0,5-10 2 Ом каждое. Тогда общее
сопротивление проводов и переходных сопротивлений составит
0,08 Ом. Это сопротивление мы будем условно считать приведен-
ным к первичной цепи главного трансформатора, хотя примерно
половина его относится к первичной цени регулировочного авто-
трансформатора, а потому при переходе от сети 380 В будет иметь
меньшее, а от сети 220 В — большее значение.
Величина сопротивления высоковольтных кенотронов Rv опре-
делится следующим образом. Пусть при токе /а.макс = /*м/а.ср =
= 400 мА падение напряжения на кенотроне A£/y = i,5 кВ; тогда
Rv = 2~j-----= 7,5.103 Ом,
/а.макс
коэффициент трансформации главного трансформатора
^lP==Fff ^ 400,
поэтому величина Rv, приведенная к первичной цепи главного
трансформатора, равняется примерно 0,05 Ом. Таким сбразом, на
долю главного трансформатора и регулировочного авго1рансформа-
тора остается 0,28—(0,08 + 0,05) =0,15 Ом.
Примем условно сопротивление первичной обмотки главного
трансформатора за 100% и будем считать, что сопротивление вто-
ричной обмотки (приведенное к первичной) составляет 120%. Для
автотрансформатора примем, что сопротивление его обмотки, соот-
ветствующей напряжению 280 В, равно сопротивлению первичной
обмотки главного трансформатора; тогда его проходное сопротив-
ление, приведенное к первичной цепи главного трансформатора бу-
дет составлять примерно 30%. Разделим общее сопротивление
0,15 Ом в отношении 30 : 100 : 120. Тогда на долю автотрансформа-
тора придется примерно 0,02 Ом, а на долю главного трансформато-
ра 0,06 + 0,07 = 0,13 Ом. Приводя последнюю сумму ко вторичной об-
мотке, получаем 2,1 • 104 Ом.
При /а.макс —400 мА падение напряжения в главном транс-
форматоре составит 8,4 кВ, т. е. примерно 6% от напряжения хо-
лостого хода, соответствующего номинальному режиму. Это должно
привести в рассматриваемом случае к рациональным размерам и
массе главного трансформатора.
Для режима работы 75 кВ, 400 мА будут действительны такие
примерные данные: аг согласно рис. 5-17 равно 1,5 при относитель-
ном коэффициенте трансформации автотрансформатора 0,8. Полный
коэффициент трансформации для сети 380 В равен 0,6, для сети
220 В — единице. Предоставляем читателю самостоятельно рассмо-
треть, как изменение сопротивления автотрансформатора, вызванное
20—1434 305
изменением его коэффициента трансформации, сказывается на вы-
ходном напряжении 75 кВ, а также как сказывается на выходных
напряжениях 75 и 125 кВ изменение приведенного сопротивления
проводов и переходных сопротивлении при переходе ст сети 380
к сети 220 В.
Поставим теперь вопрос: насколько можно увеличить отдавае-
мую мощность питающего устройства при пониженном напряжении
при той же величине 7?уСтр. Для этого примем, что коэффициент
трансформации регулировочного автотрансформатора не изменяется
при переходе от режима с номинальным напряжением к режиму
с пониженным напряжением, а а увеличивается до предельного
значения (12^-2. Тогда можно написать соотношение
/ «1 — 1 \ / а2 — 1 \
«1----2— — п2 | Рк2 = ( ---— — П2 Рл1,
\ а* / \ 0,2 /
где, как и прежде, величины с индексами «1» относятся к оежиму
с номинальным, а с индексами «2» — к режиму с пониженным на-
пряжением. Отсюда можно найти, что для рассматрив юмвго случая
(когда п± = 1, n2 = 0,07, ai=l,25 и аг=2) мощность увеличивается
вдвое. Так как при этом оба режима соответствуют одной и той
же внешней характеристике, то напряжение, которое будет на вы-
ходе питающего устройства при удвоенной мощности, равно:
а, 1,25
^мако2= ^мак01 == 2,0 ^5 = 78 кВ,
т. е. примерно равно напряжению 75 кВ, принятом/ нами ранее.
Естественно, что удвоение мощности требует уменьшен 1я вдвое до-
пускаемого сопротивления сети, в нашем случае до 0,2 Ом при се-
ти 380 В.
Следует еще раз подчеркнуть, что рассмотренные рас-
четы являются лишь примерными. Как мы видели, пере-
ходные сопротивления в соединениях и коммутирующей
аппаратуре составляют весомую долю общего сопротив-
ления, а потому при реальных расчетах следует тща-
тельно оценивать их величину. Также тщательно следует
оценивать величину падения напряжения на высоко-
вольтных вентилях, учитывая их нелинейность, особенно
в случае применения селеновых выпрямителей.
Поскольку проницаемость рентгенодиагностических
трубок может изменяться при переходе к режиму с по-
ниженным напряжением и повышенным током, измене-
ние в связи с этим в однофазных питающих устройствах
коэффициента /гм может привести к дополнительным по-
грешностям.
В отношении расчета с переходом к удвоенной мощ-
ности следует предостеречь, что в реальных условиях
дело обстоит тем более не так просто. Рентгеновская
306
трубка может не допускать такого накала нити катода,
который необходим, чтобы получить при пониженном
анодном напряжении анодный ток, соответствующий
удвоенной мощности. Коммутирующая аппаратура и вы-
соковольтные вентили могут оказаться неподходящими
для удвоенной мощности. Для рассмотренного выше слу-
чая вместо режима 75 кВ, 800 мА более реальным пред-
ставляется режим 75 кВ, 600 мА или, может быть, 90 кВ,
600 мА.
Напомним, что в § 3-4 уже указывалось на необходи-
мость при реальных расчетах варьировать расчетное
значение а, доводя каждый вариант до такой ступени
расчета, когда становятся ясным основные параметры
главного трансформатора. Желательно также в этих ва-
риантах изменять соотношение сопротивлений главного
трансформатора и регулировочного автотрансформатора.
Результаты расчетов проверяются при исследовании ма-
кетного образца питающего устройства (гл. 7).
5-5. СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВОК РЕНТГЕНОДИАГНОСТИЧЕСКОГО
АППАРАТА
а) Предварительная установка режима. Современные
рентгенодиагностические аппараты имеют системы регу-
лировок, позволяющие устанавливать режим снимка до
включения высокого напряжения. В передвижных аппа-
ратах применяются упрощенные системы, о которых бу-
дет сказано в § 5-7 при описании этих аппаратов. Здесь
мы сосредоточим внимание на более сложных системах,
используемых в стационарных аппаратах.
Напомним основные рентгенографические закономер-
ности. Плотность почернения пленки можно считать про-
порциональной <75а.макс^, где q = Ia.Cpf— количество элек-
тричества, прошедшее через трубку за время выдержки
t. Контрастность рентгеновского изображения зависит от
^а.макс и его резкость — от разделения q на /а.Ср и t.
Какие бы величины мы ни регулировали, нам не удастся
изменять порознь плотность почернения, контрастность
и резкость и необходимо прибегать к промежуточному
звену, которым является таблица экспозиций.
Технически осуществляются, как мы знаем, регули-
ровки С/а.макс и /а.ср (последняя посредством регулиров-
ки тока накала); для отключения высокого напряжения
используется одно из следующих устройств: реле време-
20* 307
ни с переменной уставкой t, реле количества электриче-
ства с переменной уставкой q или реле экспозиции, осу-
ществляющее отключение после того как пленка облу-
чена до такой степени, что после проявления достигает-
ся необходимая плотность почернения (§ 5-6). Мы оста-
новимся здесь на системах без реле экспозиции.
Весьма распространенной системой (которую можно
считать основной) является система кВ-мА-с. Здесь на-
пряжение, ток и выдержка регулируются независимо
друг от друга. Такая система в явном виде задает те
величины, от которых непосредственно зависит рентге-
новский эффект и которые фигурируют в таблице экс-
позиций. Эта система принята в современных отечествен-
ных стационарных аппаратах. Одна-две уставки наи-
больших токов обычно функционируют здесь лишь при
пониженных напряжениях.
Другим вариантом является система кВ-мА-мКл,
в которой реле времени заменено на реле количества
электричества. При ее использовании желательно иметь
дополнительное устройство, которое указывало бы непо-
средственно выдержку.
С рентгенографической точки зрения наиболее целе-
сообразной представляется система кВ-мКл-с. Такую си-
стему создают, например, на основе системы кВ-мА-с,
добавляя к ней устройство, которое подсчитывало бы
количество электричества при регулировке тока и вы-
держки.
Некоторое время назад широко использовалась си-
стема кВ-кВт-с. В этой системе регулировка тока свя-
зывается с регулировкой напряжения так, что ток с по-
нижением напряжения увеличивается, произведение же
тока на напряжение остается в первом приближении
неизменным. Такая система удачно согласуется с нагру-
зочной характеристикой трубки, что облегчает осуществ-
ление защиты от перегрузки. Однако она затрудняет
установку режима по таблице экспозиций, заставляя при-
бегать к помощи вспомогательных таблиц, указывающих,
какой ток соответствует данной комбинации напряжения
и мощности. Этого недостатка можно избегнуть, преду-
смотрев соответствующее счетное устройство. В послед-
ние годы к этой системе возродился интерес в связи
с введением «падающей» нагрузки (§ 5-6).
Укажем здесь еще на систему «режимов по органам»
с ограниченным числом отдельно настраиваемых пежи-
308
мов, каждый из которых имеет определенное рентгено-
графическое значение: снимок легких, -снимок желудка
и т. д. Такая система вначале была осуществлена в ап-
парате, не имевшем других возможностей [Л. 198]. По-
скольку эта система сильно ограничивает варьирование
условий снимка, в последующем ее стали применять лишь
в качестве дополнительной, совмещая в аппарате две си-
стемы. Хотя, казалось бы, подобная -система должна
быть удобной для «рутинной» работы, такие аппараты
большого распространения не получили.
В современных рентгенодиагностических аппаратах
распространено ступенчатое регулирование со шкалами
у рукояток. В системах с тремя независимыми парамет-
рами (например, кВ-мА-с) часто добавляется прибор,
указывающий коэффициент нагрузки .(см. далее). Шка-
лы могут быть и отделенными от рукояток; тогда при
повороте рукоятки указатель шкалы перемещается с по-
мощью привода. В системах со связанными параметра-
ми может оказаться необходимым, чтобы указатель был
связан не с одной, а с двумя (и даже тремя) рукоятка-
ми. Регулировка напряжения иногда делается плавной
и напряжение на трубке указывается прибором, градуи-
рованным в киловольтах. В некоторых аппаратах устав-
ки регулируемых параметров задаются с помощью кла
вишей.
Чтобы при ступенчатом регулировании получить рав-
номерное изменение плотности почернения пленки, было
предложено использовать логарифмические ряды чисел
и, в частности, в системе кВ-кВт-с для напряжения ряд
R20 по ГОСТ 8032-56 со знаменателем 1,12: 40, 45, 50,
56, 63, 71, 80,’90, 100, 112, 125 кВ и для выдержки —
ряд R5 со знаменателем 1,58: 0,04, 0,06, 0,1, 0,15, 0,25,
0,4, 0,6 сит. д. Тогда при неизменной мощности
U'a. макета, ср— ^"а.макета.ср
и
//"5 и
„,Г/=(1,12)« = 1,58
а.макс а-сР
т. е. изменение напряжения на одну ступень вызывает
такое же изменение плотности почернения, как и одна
ступень выдержки, что удобно для подбора условий
снимка.
309
Экспериментальные исследования показывают, что
при- таких ступенях напряжения и выдержки ступени
плотности почернения получаются допустимой величины.
В стационарных аппаратах целесообразно уменьшить
вдвое величину ступени хотя бы для одной из величин,
чтобы предоставить больше удобства при подборе усло-
вий снимка. С конструктивной точки зрения более мел-
кие ступени целесообразно иметь в выдержке.
В системе кВ-мА-с изменение напряжения не связано
с изменением тока. Поэтому для напряжения здесь сле-
дует использовать не четвертую степень, как выше,
а пятую и взять логарифмический ряд со знаменателем
1,10, т. е. 40, 44, 48, 52, 57, 63, 69, 75, 83, 91, 100, несколь-
ко нарушив его лишь при более высоких напряжениях:
112, 125, 137, 150 кВ, чтобы включить в ряд предель-
ное напряжение 150 кВ. Для выдержки целесообразно
использовать ряд R5 или ряд R10, отличающийся в 2 ра-
за меньшими ступенями: 0,04, 0,05, 0,06, 0,08, 0,1, 0,12,
0,15, 0,20, 0,25, 0,3, 0,4, 0,5 с и т. д. Для тока рациональ-
но взять ряд R5: 15, 25, 40, 60, 100, 150 мА и т. д. Ука-
занные ряды приняты в настоящее время в отечествен-
ных аппаратах. Отметим лишь, что логарифмический ряд
должен быть нарушен при очень малых выдержках, что-
бы они были кратны целому числу периодов или полу-
периодов.
С вопросом выбора ступеней тесно связан вопрос
о допустимых погрешностях усгавок. Естественно стре-
миться, чтобы эти погрешности не превышали величины
полуразности двух соседних уставок. Опыт показывает,
что для тока и выдержки вполне возможно обеспечить
погрешность не более ±10%, ограничить же погрешность
напряжения требуемой величиной ±4—5% представля-
ет большие трудности. Более подробно вопрос о погреш-
ностях уставок рассмотрен в [Л. 200].
В последние годы были предложены и использованы
в некоторых рентгенодиагностических аппаратах систе-
мы, подобные «световым числам» в фотоаппаратах. Они
представляют собой дальнейшее развитие логарифмиче-
ских шкал. Сведения об этих системах даны в (Л. 201 —
204].
б) Регулировка напряжения. Регулировка напряже-
ния на трубке в рентгенодиагностических аппаратах (как
и в аппаратах другого назначения) обычно осуществля-
ется при помощи регулировочного автотрансформатора.
310
В стационарных аппаратах регулировка при просвечи-
ваниях отделяется от регулировки при снимках. Мы
рассмотрим здесь особенности регулировки, связанные
с предварительной установкой режима снимка.
При холостом ходе, когда падение напряжения отсут-
ствует, напряжение на выходе регулировочного авто-
трансформатора (которое будем считать равным первич-
ному напряжению главного трансформатора Ui) и на-
пряжение на трубке (7а.макс = Еа.макс СВЯЗЗНЫ прОСТЫМ СО-
отпошением
^а.макс = ^т Iх (5’17)
где kT = w2/Wi представляет собой коэффициент транс-
формации главного трансформатора. Таким образом, при
холостом ходе не представляет труда проградуировать
в киловольтах прибор, включенный на выходе автотранс-
форматора, или шкалу у рукоятки регулировки напря-
жения. При этом и прибор и шкала будут предпоказы-
вающими, т. е. будут до включения показывать то на-
пряжение, которое будет на трубке после включения.
При нагрузке падение напряжения в главной цепи на-
рушает правильность градуировки. Падение напряжения
может быть представлено формулой
Д^а.макс == Х^^^сетиЛ"НЛт^а ^т^устр)>
где — коэффициент трансформации регулировочного
автотрансформатора; /?Сети — сопротивление сети (точнее,
сопротивление главной цепи до автотрансформатора,
включающее в себя небольшую часть сопротивления пи-
тающего устройства); — проходное сопротивление
автотрансформатора, приведенное к его вторичной цепи,
и 7?Устр — сопротивление питающего устройства (точнее,
сопротивление главной цепи после автотрансформатора).
Величиной /?а в первом приближении можно пренебречь;
однако и при таком упрощении зависимость Д/7а.макс от
сопротивлений /?Сети и /?устр достаточно сложна, посколь-
ку ka является переменной величиной.
Чтобы восстановить правильность градуировки, необ-
ходимо предусмотреть специальные устройства. Если
применяется градуированная шкала у рукоятки, то не-
обходимо иметь компенсацию падения напряжения
в главной цепи, причем эта компенсация должна изме-
няться при регулировке напряжения и тока. Если ис-
311
пользуется предпоказывающий киловольтметр, то долж-
на быть предусмотрена измерительная схема, учитываю-
щая ожидаемое падение напряжения и воздействующая
па показания прибора.
Устройства для компенсации или учета падения на-
пряжения должны сохранять правильность градуировки
по напряжению при всех устанавливаемых значенияхто-
Рис. 5-20. Компенсация паде-
ния напряжения дополнитель-
ным переключателем, связан-
на. Необходимо иметь еще
подгонку к сети, чтобы гра-
дуировка оставалась пра-
вильной при различных ре-
альных сопротивлениях сети,
и коррекцию напряжения се-
ти, чтобы ослабить .влияние
на правильность градуиров-
ки колебаний напряжения се-
ти, обусловленных посторон-
ними потребителями энергии.
Рассмотрим компенсацию
падения напряжения с по-
мощью переключения допол-
пым с переключателем токов.
ПН — переключатель напряжения;
КС — корректор сети; КП — допол-
нительный (компенсационный) пе-
реключатель; ПТ — переключатель
токов накала трубки.
нительных отводов регули-
ровочного автотрансформа-
тора, которое связано с пере-
ключением анодных токов
(т. е. сопротивлений в цепи
накала трубки). Такая система представлена на рис. 5-20.
Отводы автотрансформатора естественно выбрать так,
чтобы при каждом токе иметь возможно более точное
соответствие действительного напряжения уставке, преж-
де всего при предельном напряжении. Для рис. 5-20 это
означает, что погрешность должна быть равной (или
близкой) нулю, когда рукоятка регулировки напряжения
стоит в крайнем правом положении.
Оценим, как будет изменяться погрешность при по-
нижении напряжения, имея в виду системы регулировок
кВ-мА-с и кВ-кВт-с. При этом будем в начале считать,
что отводы регулировочного автотрансформатора, пред-
назначаемые для регулировки напряжения, выбраны по
холостому ходу, т. е. согласно формуле (5-17).
Если пренебречь проходным сопротивлением авто-
трансформатора, то формула (5-17) принимает вид:
а.макс
— ^т^м^а.ср
(&а^сети
312
Условимся, что при номинальном режиме
h ________ h __ ^2 + ^ДОП _ ^2 . ^2 ^ДОП
/еа — ^ном— Wi Wz
где w2 — число витков автотрансформатора, соответству-
ющее номинальному напряжению при холостом ходе;
^доп—число витков, добавляемое для компенсации па-
дения напряжения, и Wi — число витков, к которому при-
соединяется сеть. Принимая обозначения w2 :wi = &XOn и
^доП:^2 = ^доп и имея в виду, что (1+&ДОп) =аПом, полу-
чаем:
know == ^хол (1+£доп) — ССцом^хол-
Далее при номинальном режиме Д^а.макс =
= («пом—1)£Аюм, где (7Пом представляет собой напряже-
ние на трубке, совпадающее с уставкой, поэтому
(а 1) Uа01Л = ^т^мА.ср (а ^хол^сети ^устр)* (5-18)
Будем теперь понижать напряжение на трубке и вве-
дем переменный параметр р, представляющий собой от-
носительную уставку напряжения: p = UyCT : UnoM. При
пониженном напряжении и неизменном токе (система ре-
гулировок кВ-мА-с)
^а —&хол (р + ^доп) — (сСном + Р—1) &хол
И
Д ^а.макс = ^т^мЛ.ср [^сетн (аном +p-i)2C+/W-
(5-19)
Вводя обозначения (Х2пом^2хо л/? сети — ^-^общ И -/?устр —
= (т—1)/?общ и беря отношение (5-19) к (5-18), полу-
чаем:
Гамаке. . (*+р-\ )
(а — 1) {7НОМ а /
откуда
А^а.макс ___ \ аП0М \ 2 I (1 _ /72 )1 аном 1 .
Р^ном [_ \ аном J J Р
(5-20)
Чтобы оценить погрешность уставки, следует перейти
к напряжению на трубке:
а.макс— (р4"^доп) ^Люм—Д^а.макс —
— (/?H~CliioM 1) L^iiom—Д^а.макс-
313
Здесь первый член правой части представляет собой
напряжение холостого хода, соответствующее уставке
р (7
ном* Учитывая (5-20), получаем:
(5-21)
Относительная погрешность может быть вычислена по
формуле
7* ___ ^а.макс UуСт
017 а.макс ---- тт
и уст
В случае неизменной мощности (система регулировок
кВ-кВт-с) ток должен изменяться обратно пропорцио-
нально напряжению: /а.ср = /а.ср.пом/р, поэтому
^а макс__== ^а-макс _______аном ~Ь Р 1________
/7уСТ PU ном Р
(5-22)
На рис. 5-21 в качестве примера приведены кривые,
построенные по формулам (5-21) и (5-22) при апом = 1,25
и т = 0,43, что соответствует принимавшемуся в § 5-4
значению # = /?Устр :/?сети==1,3. Как видно, погрешности
Рис. 5-21. Погрешности
уставки напряжения при
изменении коэффициента
трансформации регулиро-
вочного автотрансформа-
тора.
/ — для системы кВ-мЛ-с; 2 —
для системы кВ-кВт-с; аном =
= 1,25, т=0,43, <7=1,3,
уставок напряжения в обеих
системах регулировок достига-
ют больших значений. Чем
меньше т, тем меньше погреш-
ность в системе кВ-мА--с и
больше — в системе кВ-кВт-с.
При наших расчетах мы
принимали, что отводы регули-
ровочного автотрансформато-
ра, предназначаемые для регу-
лировки напряжения, выбира-
ются по холостому ходу; поэто-
му наибольшая погрешность
получается при больших токах
или мощностях (и малых на-
пряжениях). Можно, наоборот,
отводы выбрать по режиму
с наибольшим током или мощ-
314
постыо, допускаемыми при номинальном напряжении;
тогда наибольшая погрешность получится при холостом
ходе и малых токах (мощностях), причем теперь для
системы кВ-мА-с она будет отрицательной (действитель-
ное напряжение меньше
кВ-кВт-с — положитель-
ной. Погрешности можно
уменьшить, если отводы
выбирать для промежу-
точного значения тока
(или мощности).
Погрешности в систе-
ме кВ-мА-с могут быть
значительно уменьшены
при использовании схемы,
изображенной на рис.
5-22. Здесь At/а.макс С ПО-
нижением напряжения
искусственно увеличива-
ется посредством введе-
уставки), а для системы
Рис. 5-22. Компенсация падения
напряжения с дополнительным со-
противлением в главной цепи.
ния дополнительного со-
противления /?д, которое для каждой уставки напряже-
ния может быть подсчитано по формуле
— [\оч (аном 4“ Р О2 ^хол] ^сети*
Такая схема использована в отечественных аппаратах
АРД-2 и РУМ-5 [Л. 205].
Компенсация может быть улучшена с сохранением
схемы рис. 5-22, если весь интервал регулировки напря-
жения разбить на две части, из которых в одной при
напряжениях от 1 до 0,6—0,5 номинального будет дей-
ствовать система кВ-кВт-с, а в другой, при напряжениях
ниже 0,6—0,5 номинального — система кВ-мА-с. Другой
возможностью является осуществление системы, в кото-
рой ток с понижением напряжения возрастает в мень-
шей степени, чем в системе кВ-кВт-с и именно так, что-
бы сохранялась точная компенсация; для получения со-
гласованных ступеней в регулировках здесь целесообраз-
но вместо реле времени использовать реле количества
электричества.
Изложенное не исчерпывает всех вариантов компен-
сации, в основе которых может быть положена схема
рис. 5-22. В рассмотренных схемах подгонку к сети целе-
315
Рис. 5-23. Компенсация паде-
ния напряжения с помощью
счетно-решающей схемы, при-
мененная в аппарате РУМ-10.
сообразно осуществлять при помощи подгоночного рези-
стора, включаемого последовательно в питающую линию
с тем, чтобы сумма действительного сопротивления сети
и подгоночного сопротивления равнялась расчетному со-
противлению сети. Такая система подгонки требует, что-
бы сопротивление сети не превышало расчетного значе-
ния, при котором подгоночное сопротивление сводится
к нулю. Если же сопротивление сети превосходит расчет-
ное значение, то напряжение на рентгеновской трубке
будет ниже задаваемого уставками и градуировка будет
обладать тем большей погрешностью, чем больше сопро-
тивление сети. Практически подгонка сопротивления
осуществляется при установке аппарата на месте экс-
плуатации по падению напряжения в сети, которое оце-
нивается по показаниям
вольтметра до и после вклю-
чения высокого напряже-
ния), присоединенного на
входе аппарата.
Коррекция напряжения
сети также будет вно-сить’по-
грешности в градуировку на-
пряжения. Пусть подгонка
к сети была осуществлена
при номинальном сетевом
напряжении. При понижении
напряжения коррекция уве-
личивает коэффициент
трансформации регулировоч-
ного автотрансформатора,
что приводит к увеличению
A U й .макс в формуле (5-17) и
понижению действительного
напряжения на трубке про-
тив уставки. Для уменьше-
ния этой погрешности под-
гонку к сети рекомендуется производить при сетевом на-
пряжении, соответствующем середине интервала коррек-
ции.
Рассмотрим в заключение данного раздела систему
компенсации со счетным устройством (рис. 5-23), приме-
ненную в аппарате РУМ-10. Счетное устройство состоит
из маломощного автотрансформатора ИА и двух мало-
мощных трансформаторов И1\ и ИТ2. Каждый из этих
316
грех элементов имеет отводы с переключателями, свя-
занными с переключателями напряжения КНУ и КН2,
корректором сети КС и переключателем ПТ, изменяю-
щим ток трубки.
Обратимся вновь к формуле (5-18). Падение напря-
жения в сети, пропорциональное произведению
/ср/г2а^сетю учитывается при помощи ИА и ИТ\. Авто-
трансформатор ИА по отводам на выходе дублирует ре-
гулировочный автотрансформатор. Поэтому изменение
&а, обусловленное переключением КН{ и КЯг, воспроиз-
водится дважды, что и соответствует требуемой квадра-
тичной зависимости. Для получения такой зависимости
при коррекции напряжения сети соответствующие отво-
ды автотрансформатора ИА располагаются пропорцио-
нально квадратам чисел витков по отношению к отво-
дам коррекции у регулировочного автотрансформатора.
Отводы трансформатора И1\, идущие к переключателю
ПТ, подобраны так, что напряжение на выходе этого
трансформатора при неизменном напряжении питания
изменяется пропорционально ряду чисел в шкале уста-
вок тока. Отводы на входе трансформатора ИТ\ исполь-
зуются для подгонки к сети. В итоге напряжение на вы-
ходе трансформатора И1\ при всех манипуляциях с ру-
коятками КС, КН1, КН2 будет пропорционально ожидае-
мому падению напряжения в сети.
Падение напряжения в питающем устройстве, пропор-
циональное произведению Л.срЯустр, учитывается при по-
мощи трансформатора ИТ2, первичная обмотка которого
питается от неизменного напряжения, вторичное же на-
пряжение, как и у трансформатора ИТ2, изменяется про-
порционально ряду чисел в шкале уставок тока.
Напряжения трансформаторов ИТ\ и ИТ2 суммиру-
ются, и эта сумма вычитается из напряжения регулиро-
вочного трансформатора, которое пропорционально на-
пряжению на трубке при холостом ходе. При правиль-
ном подборе коэффициентов пропорциональности ком-
пенсация падения напряжения достигается (после уста-
новки напряжения и тока) поворотом рукоятки КН2 до
тех пор, пока стрелка нуль-индикатора не займет нуле-
вого положения.
Достоинством этой системы является то обстоятель-
ство, что при присоединении аппарата к сетям с повы-
шенным сопротивлением она автоматически ограничива-
ет допускаемую мощность, не внося дополнительных
317
погрешностей в градуировку напряжения. Ее недостат-
ком является наличие дополнительной рукоятки
От этого недостатка свободна система автоматической
компенсации '[Л. 206], являющаяся развитием описанной
и примененная в аппаратуре РУМ-16; в этой системе ис-
пользован автоматический вариатор, включенный по схе-
ме рис. 3-32,6 и осуществляющий одновременно автома-
тическую коррекцию напряжения сети.
в) Регулировка тока. В современных рентгенодиагно-
стических аппаратах при снимках, как правило, приме-
няется ступенчатая регулировка анодного тока трубки,
при просвечиваниях — плавная регулировка. Мы рассмот-
рим здесь особенности регулировки при снимках, свя-
занные с предварительной установкой режима.
В предыдущем разделе мы видели, что благодаря
компенсации (или учету) падения напряжения градуи-
ровка по напряжению остается правильной при всех
уставках тока. Естественно потребовать также, что-
бы и градуировка по току оставалась правильной при
всех уставках напряжения. Это необходимо не только
для правильности самой градуировки тока, но и для пра-
Рис. 5-24. Компенсация тока по
напряжению.
КТ — компенсационный трансформатор;
ФС — феррорезонансный стабилизатор;
ПТ — переключатель токов.
вильности градуировки
напряжения, поскольку
отклонение тока от устав-
ки приводит к изменению
падения напряжения. Та-
ким образом, взаимная
независимость градуиро-
вок напряжения и тока
является одним из основ-
ных требований, которые
следует предъявлять к
аппаратам с предвари-
тельной установкой ре-
жима снимка.
Так как рентгенов-
ская трубка при снимках
не работает на насыщения, то при строго неизменном токе
накала наблюдается зависимость анодного тока трубки от
напряжения на трубке. Для компенсации этой зависи-
мости следует при изменении напряжения изменять ток
накала. В системе кВ-мА-с получила распространение
схема, изображенная на рис. 5-24. В первичную цепь
трансформатора накала, питаемого от феррорезонанс-
318
ного стабилизатора, включается вторичная обмотка не-
большого компенсационного трансформатора. Первичная
обмотка этого трансформатора получает питание от ре-
гулировочного автотрансформатора через переключатель
регулировки напряжения. При малых напряжениях на
трубке напряжение, даваемое компенсационным транс-
форматором, добавляется к напряжению питания накала
и увеличивает ток накала трубки. При больших напря-
жениях на трубке напряжение, даваемое компенсацион-
ным трансформатором, наоборот, вычитается из напря-
жения питания и уменьшает ток накала. Коэффициент
трансформации компенсационного трансформатора вы-
бирается таким, чтобы ток трубки оставался неизменным
во всем интервале регулировки напряжения.
г) Регулировка выдержки. В рентгенодиагностиче-
ских аппаратах, как уже указывалось в § 3-9, для регу-
лировки выдержки обычно используются конденсаторные
(релаксационные) реле времени. Они легко позволяют
при ступенчатой регулировке воспроизводить логарифми-
ческий ряд уставок. Их существенным достоинством яв-
ляется использование нормализованных радиодеталей,
что упрощает и удешевляет изготовление реле. Класси-
Рнс. 5-25. Принципиальная схема простейшего конденсаторного
реле времени.
фикация конденсаторных реле времени дана в (Л. 207,
208]. Здесь лишь описываются в качестве примеров схе-
мы некоторых реле, применяющихся в рентгенодиагно-
стических аппаратах.
На рис. 5-25 представлена схема простейшего конден-
саторного реле времени. Напряжение, подаваемое на
реле с неизменных отводов регулировочного автотранс-
форматора, выпрямляется при помощи вентиля V и
319
сглаживается емкостью С\. Высокое напряжение вклю-
чается двойной кнопкой ПК, замыкающей цепь катушки
контактора и одновременно включающей реле. Кнопка
должна оставаться нажатой до конца выдержки. Кон-
денсатор С2 заряжается через резистор R2 до тех пор,
пока его напряжение не достигнет величины потенциала
зажигания неоновой лампы Н. Импульс разрядного то-
ка, вызванный зажиганием лампы, проходит через ка-
тушку промежуточного реле (телефонного типа). Реле
срабатывает, его размыкающий контакт разрывает цепь
катушки контактора, и высокое напряжение выключает-
ся; одновременно замыкается замыкающий контакт и
промежуточное реле остается под током до тех пор, пока
кнопка не будет'отпущена.
Напряжение конденсатора С2 возрастает в этой схеме
по закону
»и=ус10-'г'5Т
где Uci — напряжение конденсатора Ci, которое можно
считать постоянным. Заменив исг потенциалом зажига-
ния LK, получим после преобразований:
где t — выдержка и R2C2— постоянная времени заряд-
ного контура. Изменение выдержки достигается измене-
нием этой постоянной, т. е. изменением либо сопротив-
ления, либо емкости, либо того и другого вместе.
Из формулы видно, что выдержка зависит от потен-
циала зажигания и питающего напряжения. Естественно,
что изменения питающего напряжения будут вызывать
отклонения действительной выдержки от заданной.
Конденсаторное реле времени, примененное в отече-
ственном аппарате РУМ-4, работает не на постоянном,
а на переменном напряжении; вместо зарядки конденса-
тора здесь используется его разрядка (рис. 5-26). На-
пряжение z/o подается с неизменных отводов регулиро-
вочного автотрансформатора. До включения высокого
напряжения (кнопка ПК разомкнута) конденсатор С че-
рез резисторы и /?2 и промежуток сетка — катод элек-
тронной лампы заряжается до некоторого напряжения
Пс- После нажатия кнопки ПК катушка контактора
оказывается под напряжением и одновременно скачком
изменяется потенциал катода электронной лампы. Под-
320
зарядка конденсатора С прекращается, и его напряже-
ние начинает падать вследствие разрядки через резистор
/?3. С уменьшением этого напряжения через лампу начи-
нает проходить анодный ток. Когда он достигнет доста-
точной величины, сработает промежуточное реле ПК
(телефонного типа), размыкающий контакт этого реле
разомкнется и реле отключится. Для возврата к исход-
Рис. 5-26. Принципиальная схема конденсаторно-
го реле времени аппарата РУМ-4М.
ному положению следует отпустить кнопку ПК. Выдерж-
ка достигается изменением сопротивления /?3. Диапазон
выдержек у этого реле 0,06—10 с.
Пусть конденсатор С в схеме рис. 5-26 заряжается
до напряжения (1—k) t/омакс, соответствующего нижней
части делителя При нажатии кнопки на сетку лампы
подается отрицательный потенциал, равный напряжению
на конденсаторе, плюс переменное напряжение
k(Уомакс sin (i)t от верхней части потенциометра. Измене-
ние сеточного потенциала лампы после нажатия кнопки
дается формулой
^сстки ==^омакс I sitl со/ (1 /?) в
Если лампа отпирается при «сетки <0, то из этого урав-
нения следует, что величина k должна быть меньше 0,5.
Чувствительность к изменению питающего напряже-
ния в данном реле зависит от величины k. Наименьшая
чувствительность достигается при /с~0,2; при этом вы-
держка времени изменение питающего напряже-
ния на 5% изменяет выдержку приблизительно па 1%.
На рис. 5-27 изображена схема конденсаторного ре-
ле времени, применяемого в отечественных аппаратах
21—1434 321
АРД-2. Реле работает на выпрямленном напряжении,
выдержка задается временем разрядки конденсатора С.
При включении сетевого выключателя и через левую по-
ловину двойного триода начинает проходить ток, создаю-
щий падение напряжения на резисторе Ri. Благодаря
этому падению напряжения правая половина триода по-
лучает отрицательное смещение и анодный ток в этой
Рис. 5-27. Принципиальная схема конденсаторного реле време-
ни аппарата АРД-2.
половине отсутствует. Одновременно конденсатор С за-
ряжается до полного напряжения питания.
Включение высокого напряжения осуществляется
кнопкой /7К; при этом возбуждается катушка главного
контактора ГК и контактор срабатывает, замыкая глав-
ную цепь и одновременно переключая конденсатор от
цепи питания на разрядный резистор /?2. С уменьшением
напряжения на конденсаторе через правую половину
триода начинает проходить ток. Когда он достигает до-
статочной величины, срабатывает промежуточное реле
ПР{ и возбуждается левая катушка реле ПР2 (реле ПР2
представляет собой максимально-нулевой автомат с удер-
живающей катушкой; на рис. 5-27 токовая катушка
автомата для упрощения не показана). При возбуждении
реле ПР2 разрывается размыкающий контакт этого реле
и напряжение о катушки главного контактора переходит
на правую (удерживающую) катушку реле ПР2. Высо-
кое напряжение отключается, и реле времени возвраща-
ется в исходное состояние. Отпуская кнопку ПК, возвра-
щаем в исходное состояние и цепь возбуждения главно-
го контактора.
322
Изменение выдержки осуществляется изменением со-
противления разрядного резистора В данном реле
благодаря применению описанной схемы с двойным три-
одом (так называемая схема каскада с катодной на-
грузкой) обеспечивается весьма незначительная зави-
симость выдержки от величины питающего напряжения.
Реле защиты Р3 выключает высокое напряжение при
прекращении тока в катодной цепи (например, при ис-
чезновении накала триода).
Как уже указывалось в § 3-9, при коротких (0,04—
0,06 с и менее) выдержках на величину выдержки начи-
нает оказывать заметное влияние инерция электромаг-
нитного контактора. Для устранения этого влияния при-
меняются синхронизированные .реле времени, создающие
условия, при которых включение и отключение высокого
напряжения происходят в заданной фазе, а именно при
прохождении напряжения через нуль. Такие реле обла-
дают следующими достоинствами: а) дают малый раз-
брос при малых уставках выдержки, б) устраняют пере-
напряжения, а тем самым и обязательность применения
пусковых резисторов и в) облегчают работу контактора
при отключении, резко уменьшая дугу между контакта-
ми при разрыве главной цепи.
Все эти достоинства в конечном итоге приводят, по-
мимо облегчения условий работы аппарата с электриче-
ской точки зрения, также к повышению стабильности
рентгеновского эффекта.
Следует указать, что эти достоинства синхронизиро-
ванного реле времени реализуются лишь при использо-
вании электромагнитных контакторов специальной кон-
струкции, обеспечивающих при высококачественном
изготовлении постоянство хода контактов во времени.
Синхронизированное реле времени задает определенные
фазы включения и отключения на катушку контактора,
что при постоянстве хода контактов и правильной регу-
лировке дает определенные (нулевые) фазы включения
и отключения главной цепи.
При коротких выдержках становится существенным
различие между временем, в течение которого замкнута
главная цепь (электрическая выдержка) и временем,
в течение которого рентгеновская трубка дает заметное
рентгеновское излучение (рентгенографическая выдерж-
ка). На рис. 1-8 было представлено примерное измене-
ние интенсивности излучения, воздействующего на плен-
21* 323
ку за полупериод при синусоидально изменяющемся
напряжении. Поскольку 75—80% энергии излучения при-
ходится на часть (когда напряжение изменяется в пре-
делах 90—100%), составляющую не более !/з полуперио-
да, можно считать, что рентгенографическая выдержка
при двухполупериодной схеме выпрямления на перио-
да меньше электрической выдержки. При продолжитель-
ности последней 0,04 с это дает уменьшение на 15—20%,
при 0,02 с — 30—35%, при 0,01 с — 60—70%. При оценке,
например, динамической нерезкости рентгеновского изо-
бражения следует, естественно, исходить из рентгеногра-
фической выдержки.
Схема синхронизированного реле времени, применен-
ного в отечественных аппаратах РУМ-5 и РУМ-10,
в упрощенном виде представлена па рис. 5-28. В этой
схеме катушка главного контактора снимков ГК пита-
ется пульсирующим током, получаемым от двухполупе-
риодного выпрямителя с двумя тиратронами 7\ и Т2.
Когда хотят сделать снимок, то нажимают на кноп-
ку К. Эта кнопка устроена так, что вначале замыкается
нижний контакт, для замыкания же верхнего контакта
кнопку нужно дослать до упора. При замыкании нижнего
контакта промежуточные реле (на рис. 5-28 не показан-
ные) производят все переключения в аппарате, необхо-
димые для перехода от просвечиваний к снимкам, в ча-
стности повышение накала рентгеновской трубки и вы-
соковольтных кенотронов; одновременно разгоняется и
анод трубки (если применяется трубка с вращающимся
анодом). Специальное реле задержки (на рис. 5-28 так-
же не показанное) не позволяет возбудить реле ПР,
даже при нажатой до упора кнопке, пока не повысится
накал и не разгонится анод (уставка реле задержки рав-
на примерно 1 с).
В исходном положении все три тиратрона реле вре-
мени заперты: на сетки тиратронов 7\ и Т2 подается от-
рицательный потенциал от резистора Ri, на сетку тира-
трона — от конденсатора Ci, питаемого от резистора
/?з, и от выпрямительного моста ВМ\, который служит,
как мы далее увидим, для синхронизации момента вклю-
чения. Когда кнопка К нажата до упора, реле ПР воз-
буждается, отключает конденсатор Ci от делителя и за-
мыкает анодную цепь тиратрона Т3. Конденсатор Ci раз-
ряжается на резистор, отрицательный сеточный потен-
циал тиратрона Т3 спадает, и тиратрон зажигается
324
(рис. 5-29). Так как мост ВАЛ дает отрицательные им-
пульсы напряжения, то зажигание происходит в нулевую
фазу, которая соответствует также нулевой фазе напря-
жения в анодной цепи тиратронов Т\ и Т2 и в первичной
цепи главного трансформатора (т. е. пулевой фазе на-
Рис. 5-28. Принципиальная схема конденсаторного
синхронизированного реле времени аппаратов
РУМ-5 и РУМ-10.
пряжения на трубке). Благодаря тому, что в одно из
плеч моста введена емкость, напряжение на выходе мо-
ста снижается до нуля не в каждый полупериод, а через
полупериод; этим достигается зажигание тиратрона Тз
в нулевую фазу и при определенной полярности пере-
менного напряжения.
Зажигание тиратрона Т3 приводит к тому, что сеточ-
ное напряжение тиратронов 7\ и Т2 повышается скачком
325
и тиратроны зажигаются одновременно с тиратроном Г3.
При этом благодаря тому, что зажигание тиратрона Т3
может происходить один, а не 2 раза за период, первым
всегда зажигается определенный тиратрон. Контактор
Рис. 5-29. Работа реле времени аппаратов
РУМ-5 и РУМ-10.
wcct — сеточное напряжение тиратронов; 1 а — анод-
ный ток тиратрона 7’3; л — напряжение на главном
трансформаторе; /зад — задержка включения реле;
/вк л —' задержка включения главного контактора;
^откл — задержка отключения главного контактора;
^выдсрж выдержка (0,01 с).
ГК срабатывает (с задержкой ^вкл) и включает высокое
напряжение. Контактор ГК характеризуется малым хо-
дом контактов (около 3 мм) и малым трением при дви-
жении якоря (якорь качается на призмах), что обеспе-
чивает постоянство хода во времени. Специальная пру-
жина позволяет отрегулировать ход во времени (за-
держку /Вкл), так чтобы замыкание главной цепи проис-
326
ходило через целое число полупериодов; благодаря это-
му нулевая фаза зажигания тиратрона Т3 обеспечивает
и нулевую фазу замыкания главной цепи.
Одновременно зажигание тиратрона Т3 приводит
к тому, что начинается зарядка конденсатора С2 через
один из рёзисторов /?г, задающих уставку выдержки, и
сеточное напряжение тиратронов Ti и Т2 начинает пони-
жаться. Тиратроны работают попеременно, зажигаясь и
погасая при каждом прохождении напряжения через
нуль. Четкое зажигание тиратронов в нулевую фазу обес-
печивается наложением на сетки тиратронов дополни-
тельных пульсаций от второго выпрямительного моста
ВМ2. Когда сеточное напряжение снизится до потенциа-
ла запирания тиратронов, их зажигание прекратится и
контактор ГК разомкнет главную цепь. Тиратроны всег-
да гаснут при прохождении анодного напряжения через
нуль. Нулевая же фаза напряжения в момент разрыва
главной цепи обеспечивается регулировкой резистора,
шунтирующего (через выпрямитель) катушку контакто-
ра ГК.
Реле времени рассчитано таким образом, что выдерж-
ка времени практически равна постоянной времени кон-
тура:
t~RiC2.
В течение выдержки кнопка К должна оставаться на-
жатой. Отпускание кнопки после окончания выдержки
возвращает реле в исходное положение. Преждевремен-
ное отпускание кнопки прерывает выдержку, однако ну-
левая фаза отключения сохраняется.
Благодаря различным сопротивлениям в сеточных
цепях тиратроны Ti и Т2 обладают неодинаковой чув-
ствительностью к изменению сеточного напряжения. Ти-
ратрон с большим сопротивлением в сеточной цепи тре-
бует для запирания большего отрицательного сеточного
напряжения; поэтому он всегда гаснет последним. Так
как зажигается первым определенный тиратрон, то, по-
мещая дополнительное сопротивление в сеточную цепь
того или другого тиратрона, можно получить нечетное
или четное число полупериодов напряжения на катушке
контактора. В рассматриваемом реле на катушку кон-
тактора подается нечетное число полупериодов, а глав-
ная цепь включается на четное число полупериодов. Это
объясняется разностью задержек включения и отключе-
327
пня; первая (/Вкл) равна двум полупериодам, а вторая
(/откл) — одному.
Таким образом, схема дает выдержки с четным чис-
лом полупериодов. Кроме того, схема, как мы видели,
обеспечивает не только нулевую фазу, но и определен-
ную полярность полуволны переменного напряжения при
зажигании тиратронов Л и Т2, а тем самым и определен-
ную полярность первой полуволны напряжения главного
трансформатора. После отключения трансформатора
в его магнитопроводе всегда сохраняется некоторое оста-
точное намагничивание. Соблюдение двух указанных
условий — четного числа полупериодов и постоянной по-
лярности первой полуволны напряжения — позволяет
направить намагничивание при включении против оста-
точного, что способствует уменьшению начального на-
магничивающего тока главного трансформатора.
Несмотря на указанное обстоятельство, применение
синхронизированных реле времени требует пониженных
расчетных значений намагничивающего тока: не более
5—10% наибольшего значения тока нагрузки. В против-
ном случае дуга, образующаяся при отключении (в мо-
мент, когда напряжение равно нулю, намагничивающий
ток при установившемся режиме равен максимуму),
будет влиять на фазу отключения, делая ее зависи-
мой от величины напряжения на трубке и ее анодного
тока.
Все реле времени, рассмотренные выше, предназнача-
лись для однофазных рентгенодиагностических аппара-
тов. При переходе к трехфазным аппаратам следует
прежде всего иметь в виду, что они имеют сравнитель-
но большую мощность и здесь обычно применяются син-
хронизированные включение и отключение высокого на-
пряжения. Вместе с тем наличие трех фаз усложняет
решение задачи, поскольку, естественно, напряжения
всех фаз не могут быть одновременно равны нулю; на-
оборот, когда напряжение одной' фазы равно нулю, на-
пряжение двух других близко к максимуму. Поэтому
необходимо осуществлять ступенчатые включение и от-
ключение.
Так, на рис. 5-30 сначала следует замкнуть контакты
/(2 и /(з в нулевую фазу соответствующего линейного на-
пряжения, в результате чего в течение периода ток
будет проходить через фазные обмотки 2 и 3 и напря-
жение па трубке возрастет от нуля до максимума
328
(рис. 5-31). Тогда следует замкнуть контакт Къ В этот
момент каждое из двух других линейных напряжений
равно половине максимума и потому напряжение на тре-
тьей фазной обмотке 1 равно нулю. Теперь подключены
все три фазы и схема начнет работать, как описано
в § 4-5. При отключении должен соблюдаться обратный
порядок: в момент, когда равно нулю фазное напряже-
ние одной из обмоток, размыкается контакт, обесточи-
Рис. 5-30. К объяснению
синхронизированного вклю-
чения при трехфазном пи-
тании.
Рис. 5-31. Синхронизиро-
ванное включение при трех-
фазном питании.
вающий эту обмотку, а через периода — два других
контакта.
Наименьшая выдержка, которую можно получить при
такой коммутации, равна 0,01 с; третья обмотка не под-
ключается и имеет место однофазное питание. При под-
ключении третьей обмотки выдержки возрастают на ин-
тервал времени, кратный */6 периода, поскольку первое
отключение должно соответствовать моменту времени,
когда напряжение на трубке равно максимуму. При
определении рентгенографической выдержки, как и
в случае однофазного двухполупериодного питания, из
электрической выдержки следует вычитать */з периода.
Для осуществления описанной системы трехфазной
синхронной коммутации требуется сложная управляю-
щая аппаратура. Задачу можно упростить, если перейти
к синхронной коммутации с ненулевым включением и
нулевым отключением. Такая система применена в трех-
фазном рентгенодиагностическом аппарате РУМ-16 и
описана в [Л. 209].
329
При трехфазной синхронной коммутации (а также
при однофазной с использованием выдержек как с чет-
ным, так и нечетным числом полупериодов) направле-
ние остаточного намагничивания в главном трансформа-
торе может меняться от отключения к отключению. Что-
бы не иметь при включениях повышенных начальных то-
ков, обычно предусматривается предварительное (перед
включением) подмагничивание главного трансформатора
постоянным током, противоположное по знаку намагни-
чиванию, возникающему в первый полупериод после
включения.
Электромеханический контактор даже при удачной
конструкции и высококачественном исполнении сравни-
тельно легко может -стать (при разрегулировке) источни-
ком погрешностей выдержки и свести на нет достоинст-
ва синхронизированной системы. Шведская фирма Эле-
ма-Шенандер в мощных трехфазных рентгенодиагности-
ческих аппаратах в течение ряда лет применяла системы
синхронизированной коммутации с использованием ион-
ных приборов: игнитронов и мощных тиратронов, вклю-
чаемых попарно встречно-параллельно в каждый из трех
проводов, питающих главный трансформатор. Замена
электромагнитных контакторов ионными приборами зна-
чительно повышает устойчивость синхронной коммута-
ции. Однако такие системы широкого распространения
не получили ввиду того, что ионные приборы обладают
своими недостатками, к числу которых относятся:
а) сравнительно малый срок службы, б) повышенное
падение напряжения, в)1 необходимость сравнительно
мощного поджигающего устройства (для игнитронов)
или дополнительной цепи накала (для тиратронов).
В настоящее время в рентгенодиагностических аппа-
ратах для включения и отключения главной цепи начи-
нают применяться тиристоры, в совершенствовании кото-
рых за последние годы достигнуты большие успехи. Си-
стемы синхронизированной однофазной и трехфазной
коммутации с использованием так называемых «симмет-
ричных» тиристоров, обладающих двусторонней проводи-
мостью и заменяющих ячейку из двух простых тиристо-
ров, включенных встречно-параллельно, описаны в
[Л. 210]. Подобная же система применена в однофазном
рентгенодиагностическом аппарате РУМ-22.
В этих системах тиристоры включаются на первичной
стороне главного трансформатора в цепь переменного
330
помощью тиристо-
Рис. 5-32. Система
коммутации в трех-
фазных аппаратах с
помощью тиристора,
включенного в цепь
выпрямленного тока.
тока, а потому все особенности, связанные с периодич-
ностью напряжения, с которыми приходится иметь дело
при использовании электромагнитных контакторов (или
ионных приборов), сохраняются и для тиристоров. В не-
которых зарубежных мощных трехфазных аппаратах
применяется система коммутации с
ров, включаемых в цепь выпрямлен-
ного тока, а также па первичной
стороне главного трансформатора).
Соответствующая схема, заимство-
ванная из [Л. 211], изображена на
рис. 5-32. В нулевую точку первич-
ных обмоток, соединенных звездой,
включен мощный низковольтный
выпрямитель, замыкающийся па ти-
ристор Л, рассчитанный на полный
выпрямленный первичный ток. Пе-
ред снимком этот тиристор заперт и
первичные обмотки разъединены.
Подавая на тиристор Л отпираю-
щий импульс, замыкаем одновремен-
но цепи всех трех первичных обмо-
ток и включаем тем самым высокое
напряжение. Для его отключения
достаточно подать отпирающий им-
пульс на вспомогательный тиристор
Т2, и тогда основной тиристор
запирается напряжением предварительно заряженного
конденсатора С. В такой системе длительность выдержек
не связывается с периодичностью питающего напряже-
ния, что позволяет снизить минимальную выдержку до
1 мс. Время с момента подачи сигнала на вспомогатель-
ный тиристор Т2 до отключения высокого напряжения
также не превышает 1 мс. Такне включение и отключе-
ние высокого напряжения не являются синхронизирован-
ными; это ставит вопрос о защите от перенапряжений.
Весьма малой инерции можно добиться, перенося за-
мыкание и размыкание главной цепи на сторону высо-
кого напряжения. Для этой цели можно использовать
или высоковольтные триоды (§ 3-11), или трехэлектрод-
ную рентгеновскую трубку с управляющей сеткой
(§ 4-12). Вопросы такой высоковольтной коммутации
рассматриваются в [Л. НО]. Она находит себе примене-
ние, в частности, при рентгенокиносъемке (§ 5-8).
331
Как уже указывалось, в некоторых рентгеподиагно-
стических аппаратах вместо реле времени используются
реле количества электричества. Принцип действия такого
конденсаторного реле поясняет рис. 5-33,а. В среднюю
точку вторичной цепи (при однополупериодном пита-
нии— прямо, при двухполупериодном—через низковольт-
б)
ный (выпрямитель) включе-
на переменная емкость. При
прохождении тока емкость
заряжается, причем напря-
жение на емкости возра-
стает пропорционально коли-
честву электричества, про-
шедшему через трубку, и об-
Рпс. 5-33. Принципиальные схемы некоторых конденсаторных
реле количества электричества.
ратно пропорционально величине емкости. Когда напря-
жение на емкости становится равным потенциалу зажи-
гания неоновой лампы, последняя зажигается и реле ПР
срабатывает, что приводит к отключению высокого на-
пряжения. Естественно, что могут быть использованы и
другие датчики отключающего импульса. Изменение
уставки достигается изменением величины емкости. Ве-
личина емкости берется такой, чтобы напряжение на ней
не превышало 100 В.
Несмотря на теоретическую безупречность такая схе-
ма не применяется в реальных аппаратах из-за основно-
го практического недостатка — неудобства задавать
уставки посредством переменной емкости, образованной
рядом конденсаторов. В схеме, изображенной на
рис. 5-33,6, зарядка емкости осуществляется через со-
противление, причем каждой уставке количества элек-
тричества соответствует свое сопротивление. Подобная
332
схема используется в переносном рентгенодиагиостиче-
ском'аппарате 8-Л-З. В случае широкого интервала анод-
ных токов трубки эта схема может давать заметные по-
грешности.
На рис. 5-33,в представлен еще один вариант схемы
конденсаторного реле количества электричества. Через
обмотку, включенную в среднюю точку высоковольтного
генератора с двухполупериодным выпрямлением, проте-
кает анодный ток трубки, заряжающий конденсатор С
постоянной емкости. Когда напряжение на конденсаторе
сравняется с напряжением делителя R, тиратрон зажи-
гается, что приводит к отключению высокого напряже-
ния. Изменение уставки количества электричества осу-
ществляется изменением напряжения, снимаемого с Де-
лителя R. Подобная схема применена в реле количества
электричества стационарного рентгенодиагностического
аппарата «Дурамета» на 125 кВ, 300 мА чехословацкого
объединения Хирана.
д) Защита трубки от перегрузки. Защита трубки от
перегрузки в диагностических аппаратах обычно пресле-
дует ограниченную цель — защищать трубку при одиноч-
ных снимках. Настоятельная потребность в такой защите
обусловливается тем, что трубка работает при снимке
в неустановившемся тепловом режиме и температура фо-
кусного пятна при больших нагрузках в течение долей
секунды приближается к предельно допустимому значе-
нию. Распространение получили такие системы защиты,
при которых автоматически не допускается включения
высокого напряжения, если при предварительно установ-
ленных значениях регулируемых величин нагрузка труб-
ки должна превзойти предельную (коэффициент нагруз-
ки превысит единицу).
Таким образом, устройства для защиты трубки от
перегрузки органически связаны с устройствами для
предварительной установки режима и их часто называ-
ют вместе автоматикой рентгенодиагностического аппа-
рата. Становление этой автоматики происходило в сере-
дине 30-х гг. [Л. 213—215]. Мы приведем здесь примеры
устройств для защиты трубки от перегрузки в сочетании
с системой уставок кВ-мА-с.
На рис. 5-34 изображена в упрощенном виде система
защиты трубки от перегрузки в отечественных аппаратах
АРД-2. До включения высокого напряжения напряже-
ние вспомогательного трансформатора Т, выпрямленное
333
мостом из низковольтных выпрямителей, возбуждает тик
в цепи реле РЗ- Этот ток зависит от сопротивления рези-
стора /?1, который регулируется переключателем
спаренным с переключателем токов; отводы резистора
подобраны так, что токи в цепи в точности рав-
няются соответственным уставкам анодного тока труб-
ки. Реле РЗ имеет отводы, идущие к переключателю /72,
связанному с коммутатором регулировки напряжения;
отводы реле подобраны таким образом, что при неизмен-
ном токе реле его м. д. с. изменяется пропорционально
ряду чисел в шкале уставок напряжения. Таким образом,
при регулировке напряжения и тока м. д. с. изменяется
пропорционально произведению кВхмА, т- е. мощности
трубки. Резисторы /?3 и Т?4, включенные параллельно
реле РЗ, учитывают зависимость допустимой мощности от
выдержки. Они имеют переключатели /73 и /74 (отдельно
для каждого фокуса трубки), связанные с переключате-
лем выдержки (у реле времени) п уменьшающие сопро-
тивление с уменьшением выдержки, что соответствует
334
увеличению допустимой мощности. Параметры схемы по-
добр^цы таким образом, что когда (при любой выдерж-
ке) коэффициент нагрузки трубки становится равным
единице, реле РЗ возбуждается и замыкает вспомога-
тельную цепь; это в свою очередь приводит (посредс!
вом промежуточного ре-
ле, отсутствующего на
рисунке) к разрыву цепи
катушки электромагнит-
ного контактора, и высо-
кое напряжение не может
быть включено.
Система защиты про-
должает действовать и
после включения высоко-
го напряжения, отключал
последнее, если анодный .
ток трубки по каким-либо
причинам настолько воз-
растет против уставки,
что коэффициент нагрузки
превысит единицу. Для
этого при включении вы-
сокого напряжения про-
межуточное реле IJPi от-
кэлючает вспомогатель-
ный трансформатор, и че-
рез реле РЗ начинает про-
текать ток главного
трансформатора, выпрям-
ляемый теми же низко-
вольтными выпрямителя-
ми и пропорциональный
току трубки.
Таким образом, мы здс
считывающей при предварительной установке напряже-
ния, ток, выдержку и коэффициент нагрузки и воздей-
ствующей на отключающее реле при коэффициенте на-
грузки, большем единицы.
В более развитом виде этот принцип использован
в системе защиты, примененной в ряде отечественных
аппаратов (рис. 5-35). Устройство защиты можно разде-
Рис. 5-35. Принципиальная схема
защиты трубки от перегрузки
с указателем коэффициента
грузки, используемая в ряде от^
чественных аппаратов.
> имеем дело с системой, под-
лить здесь на три части: вычислительную, измеритель-
ную и релейную.
335
Первая часть, вычисляющая коэффициент нагрузки,
состоит из четырех измерительных автотрансформаторов.
На вход первого автотрансформатора подается от регу-
лировочного автотрансформатора напряжение, пропор-
циональное напряжению на трубке. На выходе этого
автотрансформатора имеется переключатель /71, связан-
ный с переключателем токов трубки, причем отводы
автотрансформатора подобраны так, что при неизменном
напряжении питания напряжение на отводах пропорцио-
нально ряду чисел в шкале уставок тока. В результате
напряжение на выходе первого измерительного авто-
трансформатора при подборе напряжения и тока (до
включения высокого напряжения) будет изменяться про-
порционально произведению кВХмА, т. е. пропорцио-
нально мощности трубки.
Переключатели остальных трех измерительных авто-
трансформаторов связаны с регулировкой выдержки.
Каждый из этих автотрансформаторов относится к опре-
деленному фокусу рентгеновской трубки: один — к мало-
му фокусу двухфокусной трубки с неподвижным анодом,
другой — к большому и третий — к фокусу трубки с вра-
щающимся анодом. Отводы каждого из автотрансфор-
маторов подобраны таким образом, что при неизменном
напряжении питания (неизменной мощности трубки) вы-
ходное напряжение возрастает обратно пропорциональ-
но ряду допустимых мощностей, соответствующих (по
нагрузочной характеристике данного фокуса) ряду чи-
сел в шкале уставок выдержки.
В итоге напряжение на выходе каждого из трех авто-
трансформаторов при предварительной установке напря-
жения, тока и выдержки будет изменяться пропорцио-
нально произведению
кВХ"аХйяЬ
г. е. пропорционально коэффициенту нагрузки трубки.
Измерительная часть устройства защиты состоит из
магнитоэлектрического прибора, градуированного непо-
средственно в процентах нагрузки и включенного через
мост с низковольтными выпрямителями. Параллельно
измерительной системе включен газоразрядный стабили-
трон, зажигающийся при коэффициенте нагрузки 1,15—
1,2 и предохраняющий прибор при больших значениях
этого коэффициента. Наличие измерительного прибора,
указывающего коэффициент нагрузки, позволяет при
336
каждом снимке оценивать нагрузку трубки, что пред-
ставляется полезным, поскольку о г коэффициента на-
грузки зависит срок службы трубки. Этот прибор удобен
также при прицельных и серийных снимках, когда допу-
стимый коэффициент нагрузки меньше единицы.
Релейная часть устройства защиты представляет со-
бой максимальное реле, отключающее цепь катушки
электромагнитного контактора, если коэффициент на-
грузки превысит 1,0—1,05. Здесь применена схема
с включением электромагнитного реле в анодную цепь
тиратрона и подачей выпрямленного измеряемого напря-
жения на его сетку. При увеличении коэффициента на-
грузки увеличивается отрицательное смещение на сетке;
при коэффициенте нагрузки 1,0—1,05 тиратрон гаснет и
реле отключается. Для увеличения коэффициента воз-
врата в сеточную цепь помимо выпрямителя включена
еще неоновая лампа. В аппаратах РУМ-10 релейная
часть исполняет двойную задачу, отключая цепь катуш-
ки электромагнитного контактора также при рассогла-
совании напряжений в системе компенсации падения на-
пряжения (рис. 5-23).
Примером системы, в которой для защиты трубки от
перегрузки используется электрическая схема отбора до-
пустимых комбинаций напряжения, , тока и выдержки,
является система «квантик-контроль» [Л. 216], представ-
ленная на рис. 5-36. На общей оси с переключателем
напряжения находится барабан с несколькими рядами
контактов, изображенный в развернутом виде. Каждо-
му горизонтальному ряду контактов соответствует своя
щетка, движущаяся по контактам при переключении на-
пряжения. Все щетки соединяются с переключателем мА,
спаренным с переключателем токов. Барабан помимо
контактов имеет еще ряд колец (на рис. 5-36 эти кольца
изображены внизу), а каждому кольцу также соответ-
ствует своя щетка; эти щетки соединяются с переклю-
чателем с, спаренным с переключателем выдержек реле
времени, причем щетка переключателя с (изображенная
на рис. 5-36 в виде полукруга) при движении от большей
выдержки к меньшей закорачивает контакты переклю-
чателя. Каждый из контактов барабана соединяется
с одним из колец, т. е. каждому контакту барабана при-
дается определенная (предельно допустимая) выдержка
в соответствии с нагрузочными характеристиками рент-
геновской трубки.
22—1434
337
В случае, если выбранная комбинация напряжения,
тока и выдержки допустима, электрическая цепь отбора,
проходящая через барабан и переключатели мА и с, за-
мкнута и ток от трансформатора низкого напряжения
возбуждает промежуточное реле ПР, замыкающие кон-
такты которого замыкают цепь катушки главного кон-
Рис. 5-36. Принципиальная схема защиты трубки от перегрузки по
системе «кваптик контроль».
тактора и позволяют включить высокое напряжение. Если
комбинация оказывается недопустимой, то цепь отбора
разрывается и высокое напряжение не может быть вклю-
чено.
Защита трубки от перегрузки будет расширена, если
ввести дополнительное устройство, учитывающее пред-
шествующую нагрузку. Принципы, на основе которых
может быть создана такая расширенная защита, изло-
жены в [Л. 217].
5-6. РЕЛЕ ЭКСПОЗИЦИИ И ПАДАЮЩАЯ НАГРУЗКА
а) Реле экспозиции. Реле экспозиции1 представляет
собой устройство, предназначаемое для отключения вы-
1 Применяются также термины: автоматический рентгенэкспоно-
метр,. рентгеновский экспозиметр и автомат экспозиции.
338
сокого напряжения после того как пленка облучена до
такой степени, что после проявления достигается необ-
ходимая плотность почернения. Существуют два основ-
ных типа реле экспозиции — фотометрический и иономет-
рический (рис. 5-37). В реле фотометрического типа све-
чение под действием рентгеновских лучей флуоресцирую-
щего экрана воспринимается фотоэлементом или фото-
электронным умножителем и преобразуется в фототок;
Рис. 5-37. Два вида реле экспозиции.
а — фотометрический; б — ионометрический; / — камера экспонометра со сцин-
тиллятором; 2 — кассета с пленкой;'<?—фотоэлектронный умножитель; 4 —
ионизационная камера.
в реле ионометрического типа вместо флуоресцирующего
экрана используется ионизационная камера. Интегриру-
ющий элемент дает сигнал на отключение высокого на-
пряжения после того, как в должной мере были облу-
чены в первом случае — экран, во втором — камера.
Реле экспозиции было создано вначале для опреде-
ленного вида снимков, а именно — для снимков легких
на рентгенофлуорографических аппаратах. Здесь оказа-
лись целесообразными реле экспозиции фотометрическо-
го типа; они начали применяться в таких аппаратах
еще в 40-х гг. и получили широкое распространение.
Реле такого рода описаны, в частности, в [Л. 218, 219].
Задача создания реле экспозиции для рентгенодиагности-
ческих аппаратов общего назначения была намного
сложнее ввиду разнообразия объектов, а следовательно,
и условий рентгенографии. В итоге реле экспозиции ста-
ли вводиться в эти аппараты лишь в 50-х гг. и до на-
стоящего времени достаточно широкого применения еще
не получили.
Реле экспозиции фотометрического типа для рентге-
нодиагпостических аппаратов общего назначения описа-
но в [Л. 220]. В этих аппаратах большее распространение
22* 339
получили реле ионометрического типа. В дальнейшем
изложении имеются в виду именно такие реле, в частно-
сти «Ионтомат» фирмы Сименс [Л. 221—223] и «Ампли-
мат» фирмы Филипс-Мюллер '[Л. 224, 225].
Принцип, на основе которого может быть построено
такое реле, был предложен еще в конце 20-х гг. [Л. 226
и 227]. Согласно этому принципу каждый рентгеновский
снимок имеет ограниченную область («доминанту»), пра-
вильно выбранное облучение ко-
торой обеспечивает высокое каче-
ство снимка в целом. Положение
этой области на снимке может
изменяться от одного объекта
рентгенографии к другому. Опре-
деление доминант для различных
объектов описано в [Л. 228].
Рис. 5-38. Корпус иони-
зационной камеры реле
экспозиции с обозначе-
ниями измерительных
полей.
Ионизационная камера имеет
примерные размеры 400X400X
Х15 мм; толщина камеры долж-
на ‘быть возможно малой, чтобы
не ухудшать резкость рентгенов-
ского изображения. Для выбора
условий облучения («доминанты») имеется обычно три
участка (рис. 5-38) прямоугольной или круглой формы.
Очертания этих участков, нанесенные на поверхности ка-
меры, соответствуют внутри нее измерительным полям,
которые можно выбирать в любой комбинации.
Доза, соответствующая облучению (с применением
усиливающих экранов), после которого должно произой-
ти отключение, составляет величину порядка всего 1 мР,
т. е. 2,58 «Ю-3 Кл/кг. Поэтому в качестве материалов
для электродов, образующих измерительные поля, при-
меняются тяжелые металлы. Пронизывая электроды,
рентгеновские лучи создают дополнительный фотоэффект,
в десятки раз увеличивающий ионизационный ток. В то
же время камера должна поглощать (и рассеивать)
возможно меньшую долю проходящего излучения и не
давать заметных теней на рентгеновском изображении;
чтобы примирить эти требования и сделать электроды
возможно более тонкими, применяется напыление ме-
таллов на изоляционную основу.
Желательно, чтобы реле экспозиции срабатывало при
заданной плотности почернения пленки вне зависимости
от установленного напряжения на трубке в широких пре-
340
делах от 35—40 до 150 кВ. При этом следует учитывать,
что усиливающие экраны имеют «ход с жесткостью»,
который также должен компенсироваться. Для достиже-
ния этих требований прибегают к многослойному напы-
лению, причем напыляемые компоненты выбираются так,
чтобы создаваемый ими суммарный фотоэффект приво-
дил к нужной закономерности.
На рис. 5-39 представлен в очень упрощенном виде
принцип работы интегрирующего (и предусилительного)
элемента реле экспозиции. Ем-
кость С заряжается предвари-
тельно через контакт К и де-
литель R (устанавливающий
желаемую степень почернения
пленки) и сетка лампы Л по-
лучает запирающий отрица-
тельный потенциал. Для обес-
печения в камере ИК режима
насыщения к ней прилагается
(и предусилительного)
Рис. 5-39. Принцип работы
интегрирующего (и предуси-
лителыюго) элемента реле
напряжение от источника Ек.
Одновременно с включением,
высокого напряжения контакт К
экспозиции.
разрывает цепь заряд-
ки и емкость С начинает разряжаться под действием
ионизационного тока -камеры. С уменьшением отрица-
тельного сеточного напряжения лампы ее анодный ток
начинает увеличиваться и через некоторый промежуток
времени достигает величины, достаточной (после усиле-
ния) для приведения в действие системы, отключающей
высокое напряжение.
Ионизационный ток камеры очень мал (10~8—
10"12 А). Поэтому вслед за предусилением, осуществляе-
мым интегрирующим элементом, предусматривается
дальнейшее усиление порядка 102 раз. Вместе с тем
предъявляются очень высокие требования к электриче-
ской изоляции камеры и всей системы в целом, а также
к степени стабильности работы.
В состав реле экспозиции, используемого в рентгено-
диагностическом аппарате общего назначения, обычно
входят 2—4 отдельные камеры по числу рабочих мест,
на которых желательно иметь такие камеры. Управление
сосредоточивается или на небольшом отдельном пульте
(иногда — настенном щите), соединяемом с основным
пультом управления, или прямо па этом последнем.
Управление предусматривает: включение той или иной
341
камеры, включение измерительных полей в камере и
установку желаемой плотности почернения пленки.
В [Л. 229] описано реле экспозиции, в камерах кото-
рого отсутствуют отдельные измерительные поля, инте-
грирующий же элемент электрически связан с диафраг-
мой на излучателе и напряжение на емкости зависит от
степени раскрытия шторок диафрагмы (рис. 5-40).
Рис. 5-40. Принципиальная схема ре-
ле экспозиции, в котором интегри-
рующий элемент электрически связан
с диафрагмой.
Особенностью рабо-
ты рентгеновского пи-
тающего устройства с
реле экспозиции явля-
ется то обстоятельство,
что при этом неизве-
стно заранее точное
значение выдержки
снимка (и требуемого
количества электриче-
ства). Поэтому реле
времени (или реле ко-
личества электриче-
ства) должны устанав-
ливаться заведомо на
большую уставку; это
нарушает систему ав-
томатики рентгеноди-
агностическото аппара-
та, основанную на том, что перед снимком точно задают-
ся все регулируемые параметры. Коэффициент нагрузки
трубки при такой работе, как правило, заметно понижа-
ется. Выходом из положения является создание специ-
альной автоматики (см. далее).
При очень коротких выдержках снимка (0,06 с и
менее) существенное значение приобретает задержка
в передаче сигнала па отключение от реле экспозиции
к исполнительному органу (например, электромагнитно-
му контактору), достигающая величины 0,01—0,02 с.
В течение этой задержки пленка продолжает облучаться
что приводит к повышению плотности почернения про-
тив заданной. Переоблучение будет тем больше, чем ко-
роче выдержка; при выдержках 0,01—0,02 с облучение
может достигать двойной величины. Наиболее радикаль-
ной мерой, ведущей к резкому сокращению задержки,
является применение схемы рис. 5-32.
Следует подчеркнуть, что применение реле экспози-
342
ции требует особенно точного выполнения нормирован-
ных условий проявления пленки.
б) Падающая нагрузка. Падающая нагрузка была
предложена в первой половине 30-х гг. с целью макси-
мального сокращения выдержки снимка '[Л. 230]. Прин-
цип такой падающей нагрузки представлен на рис. 5-41.
В течение очень короткого начального промежутка вре-
мени (около 0,01 с) анод рент-
геновской трубки воспринима-
ет столь большую мощность,
что фокус приобретает темпера-
туру, близкую к предельно до-
пустимой. Затем мощность плав-
но снижается по такому закону,
чтобы температура фокуса
оставалась неизменной. Для
точного нормирования усло-
вий снимка должны быть пре-
дусмотрены устройства, под-
держивающие напряжение на
трубке в процессе всей экспо-
Рис. 5-41. Принцип падаю-
щей нагрузки, дающей со-
кращение выдержки снимка.
зиции на заданном уровне.
Падающая нагрузка была применена в довоенных
аппаратах фирмы Филипс [Л. 231], однако в послевоен-
ные годы к ней не обращались. Интерес к падающей на-
грузке возродился лишь в конце 50-х гг. в связи с вве-
дением реле экспозиции в рентгенодиагностические
аппараты общего назначения. Теперь ее начали приме-
нять не для сокращения выдержки снимка, а для созда-
ния автоматики, органически связанной с реле экспози-
ции.
Как уже указывалось, из самого принципа работы
этого реле вытекает, что перед началом снимка точное
значение выдержки неизвестно и это не позволяет при
неизменных уставках тока (или мощности) создать точ-
ную систему защиты трубки от перегрузки. Естественно
было обратиться к падающей нагрузке, которую можно
нормировать вне зависимости от точного значения вы-
держки. Поскольку рентгеновские трубки с вращающим-
ся анодом уже получили к этому времени широкое рас-
пространение, естественно было ориентироваться на эти
трубки. При дальнейшем изложении имеется в виду па-
дающая нагрузка только в сочетании с реле экспозиции
и трубками с вращающимся анодом.
343
Рис. 5-42. Принцип падающей на-
грузки, при которой выдержки
одинаковы с неизменной нагруз-
Рис. 5-43. Построение падающей
нагрузки.
344
Рассмотрим такое по-
строение падающей на-
грузки при ко-
тором выдержки одинако-
вы с неизменной нагруз-
кой. Для этого необходи-
мо, чтобы в каждый
момент времени количе-
ство энергии, восприня-
той анодом с начала экс-
позиции, равнялось допу-
стимому количеству энер-
гии по нагрузочной ха-
рактеристике Pa = f(t)
для равного интервала
времени:
t
A = Pat=^Pn^dt. (5-22)
о
Например, для .момен-
та времени ti (рис. 5-42)
точка кривой Рпад=/(/)
определится из равенства
площадей Si=S2, а для
момента времени /2— из
равенства площадей Si +
+ 5з—S4.
Из (5-21) следует, что
P^=dAldt,
чем можно воспользовать-
ся для более удобного
графического построения
кривой Рпад=/(/). Такое
построение изображено на
рис. 5-43 [Л. 232]. В каж-
дом заштрихованном тре-
угольнике отношение ор-
динаты к абсциссе пред-
ставляет собой АЛ : А/ и
в соответствующем мас-
штабе изображается в ви-
де прямоугольника с ос-
нованием на оси абсцисс.
Кривая Pnw=f(i) проводится через середины верхних
сторон прямоугольников.
Предположительное изменение температур фокусной
дорожки и анодного диска представлено на рис. 5-44.
Хотя температура фокусной
дорожки, достигнув максиму-
ма, не остается неизменной,
как на рис. 5-41, а несколько
снижается, фокусная дорожка
все же подвергается воздей-
ствию высоких температур
дольше, чем при неизменной
нагрузке; это может приводить
к несколько более быстрому
старению анода.
При падающей нагрузке
(как и при неизменной) труб-
ка не обязательно должна ра-
ботать на пределе нагрузочной
способности. В связи с этим
возникает вопрос, как опреде-
лять здесь коэффициент на-
грузки трубки. По предложе-
нию, высказанному в [Л. 232], в
Рис. 5-44. Предположитель-
ное изменение температуры
фокуса и фокусной дорожки
при неизменной и падаю-
щей нагрузках.
----- неизменная нагрузка;
-----— падающая нагрузка.
общем случае коэффи-
циентом нагрузки следует считать отношение
t
У Рпад dt
& ___ ^действ _0_______
^4 доп Р доп^
где Лдейств — действительная энергия, воспринимаемая
анодом за снимок; ЛДОп— допустимая нагрузка для того
же интервала времени t. Здесь коэффициент нагрузки
зависит от вида функции РПад=/(0 и сам может являть-
ся функцией времени. Для неизменной нагрузки эта фор-
мула переходит в
L. Рдейств Рдейств
Р доп^ Р доп
приложимую и для падающей нагрузки; однако, как уже
указывалось, при высоких значениях & , близких к еди-
нице, следует считаться с возможностью несколько бо-
лее быстрого старения анода.
Рассмотрим теперь пути практического осуществле-
ния падающей нагрузки. Падающая нагрузка еще не
345
получила широкого распространения и применяется, как
правило, в качестве дублирующей одну из обычных си-
стем неизменной нагрузки. При этом обычно использу-
ется один режим падающей нагрузки с коэффициентом
нагрузки порядка 0,6—0,8.
Изменение мощности, воспринимаемой анодом, осу-
ществляется во время экспозиции посредством ступенча-
того или плавного изменения анодного тока трубки. Со-
ответственно различают ступенчатую и плавную падаю-
щую нагрузки. Начальный ток падающей нагрузки обыч-
но ставят в такую зависимость от регулировки напря-
жения, чтобы начальная мощность в широком интерва-
ле напряжений оставалась в первом приближении неиз-
менной* уменьшаясь лишь при напряжениях ниже 0,5—
0,6 номинального. В этом случае одной и той же зави-
симости Pnw = f(t) соответствует ряд зависимостей для
анодного тока /Пад = И0-
Остановимся вначале на ступенчатой падающей на-
грузке. Ее можно представить как последовательную
смену 2—3 и более отдель-
ных режимов работы, отли-
чающихся при заданной ус-
тавке напряжения током на-
кала трубки (следовательно,
и ее анодным током), и раз-
деленных перерывами про-
должительностью около
0,06—0,1 с. Перерывы нужны
ввиду тепловой инерции нити
накала; они используются
также для осуществления
необходимых переключений.
На рис. 5-45 в качестве
'примера приведена трехсту-
пенчатая падающая нагруз-
ка. Первая ступень соответ-
и имеет сравнительно малую
Рис. 5-45. Ступенчатое измене-
ние тока при падающей на-
грузке.
ствует наибольшему току
длительность (0,1—0,2 с). Если за время первой ступени
облучение пленки не достигло нужного уровня, то пи-
тающее устройство автоматически (с помощью, напри-
мер, вспомогательного реле времени) переходит на сле-
дующий режим, соответствующий второй ступени
с меньшим током и большей длительностью. Если
и двух ступеней оказывается недостаточно, то осуще-
346
ствляется (также автоматически) переход на третью
ступень.
На том же рис. 5-45 приведена кривая /Доп=7(0 для
неизменной нагрузки, построенная по нагрузочной харак-
теристике РДоп = /(0 с учетом желаемого коэффициента
нагрузки трубки
' ___ /, ?ДОП
ДОН f[J
• Iй а.макс
а также сопряженная с ней кривая тока при плавной
падающей нагрузке. Ступенчатое изменение тока подо-
брано так, чтобы по нагруженности трубки оно пример-
но соответствовало плавному изменению.
Уменьшение при падающей нагрузке анодного тока
вызывает уменьшение падения напряжения в главной
цепи, а тем самым и повышение напряжения на трубке.
Это требует изменять во время экспозиции компенсацию
падения напряжения. При ступенчатой падающей на-
грузке изменение компенсации может осуществляться
тем же путем, что и при переходе от одного режима не-
изменной нагрузки к другому.
Осуществление плавной падающей нагрузки ослож-
няется двумя обстоятельствами: а) необходимостью
плавно изменять во время экспозиции ток накала трубки
с достаточной степенью точности так,, чтобы анодный
гок в каждый момент времени соответствовал требуемой
зависимости /Пад=/(/) и б) необходимостью изменять
при этом компенсацию падения напряжения. Для изме-
нения тока накала обычно используется сопротивление,
плавно регулируемое посредством электропривода, для
изменения компенсации — ступенчатое переключение со-
противлений в первичной цепи главного трансформато-
ра, осуществляемое с помощью того же электропривода,
или плавное перемещение щеток па вариаторе, предна-
значаемом для регулировки напряжения; естественно,
что это перемещение щеток также должно быть сопря-
жено -с изменением сопротивления в цепи накала трубки.
На рис. 5-46 представлены кривая изменения тока при
плавной падающей нагрузке, аналогичная кривой на
рис. 5-45, и кривая изменения напряжения на трубке,
обусловленная ступенчатым изменением компенсации
падения напряжения.
Поскольку реле экспозиции обеспечивает получение
снимков с заданной плотностью почернения пленки, тре-
347
бования к точности компенсации падения напряжения
при падающей нагрузке (ступенчатой или плавной) мо-
гут быть несколько смягчены. Тем не менее компенсация
должна быть достаточно действенной, чтобы не наблю-
далось: а) значительного увеличения выдержки и б) за-
метного влияния па контраст
изображения. Для номиналь-
ного напряжения точность ком-
пенсации желательно сохра-
нить такой же, что и при неиз-
менной нагрузке, памятуя
о сравнительно малом запасе
электрической прочности высо-
ковольтных генераторов и в
особенности рентгеновских из-
лучений.
В наиболее стропом виде
падающая нагрузка может
быть осуществлена в сочетании
с электронной стабилизацией
Рис. 5-46. Плавное измене- напряжения непосредственно
ние тока при падающей на- на рентгеновской трубке
грузке. (§ 3-11), когда это последнее
автоматически и безынерци-
онно поддерживается постоянным независимо от изме-
нения нагрузки. Другим направлением является сочета-
ние падающей нагрузки с «режимами по органам», по-
зволяющее создать сравнительно простую и удобную си-
стему уставок для «рутинной» работы.
5-7. РЕНТГЕНОДИАГНОСТИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ
ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
а) Передвижные аппараты. Рассмотрение (рентгено-
диагностических аппаратов общего назначения будем
осуществлять в порядке возрастания их мощности. На
рис. 5-47 изображен отечественный передвижной аппа-
рат разборного типа 8-Л-З на напряжение 75 кВ и ток
18 мА, предназначаемый для снимков. Масса самого
аппарата не более 40 кг, упакован он в четыре специаль-
ных футляра массой не более 60 кг; таким образом,
аппарат может быть отнесен к классу переносных. Аппа-
рат часто используется в виде облегченного палатного;
в этом случае он перемещается в собранном виде.
348
Рис. 5-47. Отечественный
разборный аппарат 8-Л-З.
Высоковольтный генератор выполнен в виде монобло-
ка с рентгеновской трубкой типа 1,6-БДМ-90 с непо-
движным анодом, работающей на переменном напряже-
нии. Масса моноблока 10 кг. Принципы, положенные
в основу устройства, питающего рентгеновскую трубку,
были изложены в § 3-11. Аппа-
рат рассчитан па работу при
неизменном напряжении 75 кВ,
и единственным органом, 'регу-
лирующим электрическим ре-
жим, является реле количества
электричества
В переносном импульсном
рентгенодиагностическом аппа-
рате «Фекситрон-846» амери-
канской -фирмы Филд Имишп
Корпорейшн (предназначае- ~
мом для снимков) использует-
ся рентгеновская трубка с элек-
тростатической эмиссией (рис.
4-59), работающая при напря-
жениях 100 или 150 кВ. Поми-
мо напряжения задается еще
число импульсов от 1 до 99.
Длительность импульса
0,06 мкс. Частота импульсов
25 с-1 при напряжении 100 кВ
и 14 с-1 при напряжении 150 кВ.
Рентгеновская трубка и питаю-
щее устройство в целом размещены в общем блоке.
В одном торце этого блока располагаются органы управ-
ления, в другом — окно для выхода рентгеновских лучей.
Общая масса блока 25 кг.
На рис. 5-48 представлен отечественный передвижной
аппарат разборного типа РУМ-4М па напряжение
100 кВ и ток 40 мА. Аппарат позволяет осуществлять
просвечивания и снимки при горизонтальном и верти-
кальном положениях пациента; предусмотрена возмож-
1 Рентгеновские излучатели и питающие устройства переносных
аппаратов часто используются (иногда с небольшими видоизменения-
ми) в зубных рентгеновских аппаратах, предназначаемых для снимков
зубов и челюстей. Для снимков только зубов применяются аппараты
еще меньшей мощности и на меньшее напряжение. Например, отече-
ственный зубной аппарат 5-Д-1 рассчитан на режим 50 кВ, 7 мА;
масса моноблока около 4 кг.
349
ность исследований в так называемой латеропозиции
(см. далее). Аппарат часто используется в виде стацио-
нарного. В разборном варианте предусмотрена его
укладка в ящики. В этом случае аппарат имеет общую
массу 550 кг (наибольшая масса отдельного ящика с со-
держимым — 130 кг).
Моноблок этого аппарата уже был описан ранее
(§ 3-9). Колонна, поддерживающая моноблок и экрапо-
Рис. 5-48. Отечественный разборный аппарат РУМ-4М.
держатель с экраном обычного размера (35x35 'м),
не связана с опорной стенкой, которая может перево-
диться из горизонтального в вертикальное положение.
В опорной стенке размещена подвижная рентгеновская
решетка. Для прицельных снимков предусмотрено упро-
щенное отъемное приспособление, укрепляемое на экра-
нодержателе.
Рентгеновская трубка работает на переменном напря-
жении. Для выравнивания максимумов полуволн вторич-
ного напряжения в первичную цепь главного трансфор-
матора включен селеновый выпрямитель. Для защиты
от чрезмерного повышения напряжения при сбросе на-
грузки имеется дифференциальное реле с двумя обмот-
ками, м. д. с. которых направлены друг против друга,
причем одна обмотка обтекается первичным током,
а другая — вторичным (оба тока пульсирующие). Сброс
350
нагрузки или пробой селенового выпрямителя нарушают
баланс м. д. с. и реле срабатывает, обесточивая катушку
главного контактора и выключая тем самым высокое на-
пряжение.
Аппарат имеет ступенчатую автотрансформаторную
регулировку напряжения с уставками в интервале 40—
100 кВ, общую, для просвечиваний и снимков. При сним-
ках имеется две уставки то-
ка— 20 и 40 мА. Реле времени
было описано в § 5-5. Его ми-
нимальная уставка — 0,06 с,
максимальные уставки при то-
ке 20 мА —10 'С, при токе
40 мА — 1,0 с.
Остановимся на системе
компенсации падения напряже-
ния, примененной в аппарате
РУМ-4М при снимках п изо-
браженной на рис. 5-49. Для
компенсации падения напря-
жения до регулировочного ав-
тотрансформатора (т. е. в сети)
используется компенсацион-
ный трансформатор КТ, для
Рис. 5-49. Принципиальная
схема главной цепи аппара-
та РУМ-4М.
компенсации падения напряжения после автотранс-
форматора— переключатель КП{. Трансформатор КТ
начинает работать одновременно со включением вы-
сокого напряжения (до этого его вторичная обмот-
ка замкнута накоротко). Переключатели КП связа-
ны с переключателем в цепи накала трубки, устанавли-
вающим ток 20 или 40 мА. Благодаря тому, что вторич-
ная обмотка трансформатора КТ присоединяется к ре-
гулировочному автотрансформатору через переключа-
тель регулировки напряжения, напряжение на этой об-
мотке в первом приближении изменяется пропорцио-
нально напряжению на трубке, а при заданной уставке
тока — пропорционально мощности на трубке. Тем са-
мым при заданном токе осуществляется компенсация
падения напряжения в сети во всем интервале напря-
жения.
При неизменном напряжении па трубке ток сети про-
порционален току трубки, поэтому при переходе от од-
ной уставки тока к другой для сохранения компенсации
достаточно изменить коэффициент трансформации транс-
351
форматора КТ переключателем КП 2. Для подгонки к со-
противлению сети трансформатор КТ имеет ряд отводов
и подгонка производится отдельно для каждой уставки
тока. При сетевом напряжении 220 В и анодном токе
трубки 40 мА допустимое сопротивление сети составляет
1 Ом, при токе 20 мА —2 Ом. Переключатель КП3 улуч-
Рис. 5-50 Отечественный палатный аппарат
12-П-5.
шает компенсацию падения напряжения, поскольку ток
сети не точно пропорционален мощности на трубке.
На рис. 5-50 представлен отечественный передвижной
аппарат палатного типа 12-П-5 на напряжение 125 кВ
и ток 100 мА, предназначаемый только для снимков.
Аппарат рассчитан па перемещение в собранном виде;
его масса равна 290 кг.
Рентгеновская трубка с вращающимся анодом типа
6-10-БД-125 размещена в отдельном защитном кожухе
и соединяется с высоковольтным генератором обычными
гибкими высоковольтными кабелями длиною по 3,5 м;
у трубки используется фокус 1,5X1,5 мм. В аппарате
применена однофазная двухполупериодная схема вы-
прямления с заземленной средней точкой; в качестве
высоковольтных вентилей используются селеновые вы-
прямители.
352
В аппарате применена система уставок кВ-мА-с. Ре-
гулировка напряжения на трубке в пределах 40—125 кВ
и коррекция напряжения сети осуществляется с помо-
щью вариатора. Аппарат имеет уставки тока 25, 40, 60
и 100 мА. В аппарате применена система компенсации
падения напряжения и подгонки к сети, подобная систе-
ма аппарата РУМ-4М. Указанным выше токам при се-
тевом напряжении 220 В соответствуют допустимые со-
противления сети: 1,8; 1,1; 0,7 и 0,4 Ом. Подгонка к сети
производится путем нагрузки на специальное сопротив-
ление, включаемое вместо главного трансформатора; та-
ким образом, при подгонке рентгеновская трубка отклю-
чена и не генерирует лучен. В аппарате применены кон-
денсаторное рел-е времени с уставками в пределах 0,04—
беи система защиты трубки от перегрузки с помощью
электрической схемы отбора допустимых комбинаций на-
пряжения, тока и выдержки; использование фокуса срав-
нительно большой мощности позволило значительно
упростить эту схему.
В палатном аппарате японской фирмы Тосиба
[Л. 233] применено импульсное питание трехэлектродной
рентгеновской трубки с вращающимся анодом. Наиболь-
шее напряжение аппарата— 100 кВ, общая емкость двух
последовательно включенных конденсаторов (как на схе-
ме рис. 4-54) —0,5 мкф; максимальное значение разряд-
ного тока — 210 мА. Мощность питающей сети не менее
1 кВ-А. Масса аппарата — 290 кг. В другом палатном
аппарате той же фирмы также на напряжение 100 кВ
применяются конденсаторы общей емкостью 1 мкф.
б) Стационарные аппараты. В стационарных рентге-
нодиагностических аппаратах общего назначения, как
уже указывалось (§ 5-1), питающее устройство обычно
допускает присоединение двух и более рентгеновских из-
лучателей и позволяет обслуживать несколько рабочих
мест. Это разрешает изменять состав аппарата, варьируя
рабочие места. На рис. 5-51 представлено примерное раз-
мещение в рентгеновском кабинете стационарного аппа-
рата РУМ-22 (кратко описываемого далее) в весьма рас-
пространенном составе: один из двух излучателей укреп-
лен на поворотном столе-штативе за его опорной стен-
кой. Поворотный стол-штатив оснащен экрано-снимоч-
ным устройством (с отсеивающей решеткой) и позволяет
осуществлять просвечивания и снимки (в том числе и
прицельные) при вертикальном, горизонтальном и на-
23—1434 353
клонном положениях пациента. Второй излучатель на-
ходится на вертикальном штативе и обслуживает стол
и стенку для снимков. Стол и стенка снабжены своими
подвижными отсеивающими решетками.
Б отечественном стационарном аппарате АРД-2 от-
сутствует отдельный стол для снимков, его заменяет
опорная стенка поворотного стола-штатива. Таким об-
Рис. 5-51. Отечественный стационарный аппарат РУМ->22.
/ — высоковольтный генератор; 2 — пульт управления; 3 — дополнительный си-
ловой шкаф; 4 — поворотный стол-штатив; 5 — штатив для снимков; 6 — стол
для снимков; 7 — стенка для снимков.
разом, поворотный стол-штатив как бы обслуживается
двумя излучателями, одним — укрепленным на нем са-
мом (за опорной стенкой), другим — на отдельном вер-
тикальном штативе. Поворотный стол-штатив имеет упро-
щенное экранно-снимочное устройство и подвижную от-
сеивающую решетку в опорной стенке.
Аппарат АРД-2 ранее выпускался на предельное на-
пряжение при снимках НО кВ, затем это напряжение
было повышено до 125 кВ. В последнем случае аппарат
работает с рентгеновскими трубками с вращающимся
анодом типа 6-10-БД-125. Наибольший ток, допускае-
мый аппаратом при напряжении 125 кВ, составляет
100 мА, при напряжениях 100 кВ и менее —150 мА.
В аппарате используется однофазная двухполупериодная
схема выпрямления с высоковольтными кенотронами
типа КРМ-125,
354
Ё аппарате применена система уставок кВ-мА-с.
Аппарат имеет ступенчатую автотрансформаторную ре-
гулировку напряжения, раздельную для просвечиваний и
снимков, с минимальной уставкой 40 кВ. В аппарате
используется система компенсации падения напряжения
по рис. 5-22. Реле времени с уставками в интервале
0,04—10 с описано в § 5-5; там же описана система за-
щиты трубки от перегрузки.
Отечественный стационарный аппарат РУМ-10 имеет
такой же состав устройств для применения рентгенов-
ских лучей, что и на рис. 5-51. Предельные режимы
аппарата при снимках— 145 кВ, 250 мА и 90 кВ, 400 мА.
Аппарат работает с рентгеновскими трубками с вращаю-
щимся анодом типов 8-16-БД-145 и 1,4-16-БД-145. В ап-
парате используется однофазная двухполупериодная
схема выпрямления с кенотронами типа КРМ-150.
В аппарате применена система уставок кВ-мА-с.
Аппарат имеет ступенчатую автотрансформаторную ре-
гулировки напряжения, раздельную для просвечиваний
и снимков, с минимальной уставкой 40 кВ. В аппарате
используется система компенсации падения напряжения
по рис. 5-23. Синхронизированное реле времени с устав-
ками в интервале 0,02—6 с и система защиты трубки от
перегрузки (с указателем коэффициента нагрузки) опи-
саны в § 5-5.
Аппарат РУМ-22 [Л. 234] рассчитан примерно на те
же параметры, что и аппарат РУМ-10, а именно 150 кВ,
250 мА и 100 кВ, 400 мА. В нем используется та же
схема выпрямления с теми же кенотронами. Аппарат
предназначается для работы с рентгеновскими трубками
с вращающимся анодом типов 14-30-БД-150 к
2-30-БД-150; аноды этих трубок имеют повышенную по
сравнению с трубками к аппарату РУМ-10 теплоемкость.
Аппарат имеет такую же регулировку напряжения и
упрощенную систему компенсации падения напряжения,
вызывающую повышенные погрешности. Вместо ручной
коррекции напряжения сети применена автоматическая
(§ 3-11). Синхронизированное реле времени (с тиристор-
ным контактором) имеет интервал уставок от 0,01 до
6 с. В аппарате использована такая же система защиты
трубки от перегрузки.
Помимо системы уставок кВ-мА-с .(с указателем чис-
ла милликулонов) в аппарате РУМ-22 в качестве дубли-
рующей применена также система падающей нагрузки.
23* 355
При этом ток спадает во времени плавно, компенсация
же падения напряжения — ступенчатая и осуществляется
включением дополнительных резисторов в первичной це-
пи главного трансформатора. Коэффициент нагрузки
трубки имеет величину порядка 0,6 —0,7.
В отечественном трехфазном аппарате РУМ-16
[Л. 235] предусматривается присоединение трех рентге-
новских трубок того же типа, что и в аппарате РУМ-22.
Это позволяет к обычному составу устройств для при-
менения рентгеновских лучей добавлять еще одно рабо-
чее место с отдельной трубкой, например отдельный то-
мограф. Предельные режимы аппарата: 150 кВ, 250 мА
и 100 кВ, 600. мА. В аппарате используется схема с две-
надцатифазным выпрямлением; в качестве высоковольт-
ных вентилей применены селеновые выпрямители.
В аппарате используется система уставок кВ-мА-с
с автоматической компенсацией падения напряжения и
автоматической коррекцией напряжения сети. Имеется
указатель числа милликулонов. Синхронизированное ре-
ле времени имеет уставки в пределах 0,02—6 с. Об этих
устройствах упоминалось в § 5-5. В аппарате применена
такая же система защиты трубки от перегрузки (с ука-
зателем коэффициента нагрузки), что и в предыдущих
аппаратах.
В зарубежном рентгеноаппаратостроении питающие
устройства стационарных рентгенодиагностических аппа-
ратов автономны от устройств для применения лучей и
представляют собой отдельные изделия. В табл. 5-7 в ка-
честве примера приведены типы питающих устройств, вы-
пускаемых заводом ТУР (ГДР) и фирмой Сименс. Эти
типы достаточно характерны для большинства западно-
европейских фирм.
Состав питающих устройств предприятия ТУР сведен
к трем наиболее характерным для современного рентге-
поаппаратостроепия типам. Первый из них можно услов-
но считать питающим устройством средней мощности,
два других — питающими устройствами большой мощ-
ности. Состав питающих устройств фирмы Сименс бо-
лее широк. Четыре первых типа образуют группу
устройств средней мощности, остальные три — группу
устройств большой мощности. «Гелиофос-4» и «Гелио-
фос-5» представляют собой модификации одного типа.
То же можно сказать в отношении устройств «Гигантос»
и «Гигантос-Е».
356
Табл и ц a S-7
Примеры питающих устройств к стационарным
рентгеподиагностичсским аппаратам общего назначения
Изготови- тель Название пи- тающего устройства Схема выпря- мления Предельные элек- трические режимы Наименьшая уставка выдержки Число при- соединяемых излучателей
Завод ТУР ТУР-350 Однофазная двухполу- пернодная 125 кВ, 230 мА 80 кВ, 350 мА 55 кВ, 500 мА — 2
То же ТУР-700 Трехфазная с шести- фазным вы- прямлением 125 кВ, 260 мА 90 кВ, 600 мА 70 кВ, 700 мА 0,01 2 (4)
п п ТУР-1001 То же 150 кВ, 400 мА 120 кВ, 800 мА 100 кВ, 1 000 мА 0,003 4
Фирма Сименс Плеофос-4 Однофазная двухполупе- риодная 125 кВ, 160 мА 90 кВ, 320 мА 0,04 2
То же Гелиофос-4 То же 125 кВ, ЗСО мА 90 кВ, 500 мА 0,02 2
п Гелиофос-5 п п 150 кВ, 250 мА 90 кВ, 500 мА 0,02 2
п » Трйомат-2 Трехфазная с шсстифаз- пым выпря- млением 125 кВ, 160 мА 100 кВ, 320 мА 75 кВ, 400 мА 0,01 2
п Тридорос-5 То же 125.кВ, 400 мА 100 кВ, 600 мА 60 кВ, 800 мА 0,01 2 (4)
» п Гпгантос Трехфазная с двенадца- тифазным выпрямле- нием 150 кВ, 300 мА 100 кВ, 1 000 мА 80 кВ, 1 250 мА 0,003 2 (4)
» » Гигантос-Е То же 150 кВ, 500 мА 100 кВ, 1 000 мА 80 кВ, 1 250 мА 0,001 2 (4)
Примечание. Число излучателей, указанное в скобках, можно плгсоединпть
при наличии дополнительных высоковольтных переключателей, не входящих в состав
питающего устройства.
357
Из табл. 5-7 видно, что в устройствах средней мощ-
ности применяется, как правило, однофазное выпрямле-
ние. В то же время использование здесь (как в устрой-
стве «Триомат-2») трехфазного выпрямления ввиду его
преимуществ представляется достаточно целесообразным.
Возможно, что дальнейшее развитие устройств средней
мощности пойдет, в частности, по пути использования
трехфазных высоковольтных выпрямительных схем по-
добно тому, как в моноблоках взамен однополупериодной
все большее применение получает однофазная двухполу-
периодная схема.
Остановимся вкратце на системах установки режима
при снимках, используемых в некоторых питающих
устройствах, ограничившись устройствами большой мощ-
ности.
В устройстве ТУР-700 имеются три системы установ-
ки режима: а) система кВ-мКл-%, б) система установки
по «световым числам» и в) система с падающей нагруз-
кой. В первом случае посредством трех рукояток неза-
висимо устанавливаются напряжение, количество элек-
тричества и коэффициент нагрузки трубки. Специальное
электронное устройство выбирает значения тока и вы-
держки, соответствующие основным установленным ве-
личинам (и выбранному фокусу), и одновременно слу-
жит для защиты трубки от перегрузки; выдержка ука-
зывается при этом на отдельной шкале.
Система установки по «световым числам» [Л. 204]
дает возможность, выбрав заранее «относительную же-
сткость излучения» и коэффициент нагрузки, опериро-
вать одной из рукояток «кВ» или «мКл», которые в этом
случае сцеплены друг с другом и определяют связанные
значения киловольт и милликулонов, соответствующие
ряду «световых чисел». Нужное световое число выбира-
ется по специальной таблице экспозиций и устанавлива-
ется с помощью одной из указанных рукояток по специ-
альной шкале. Упомянутое выше электронное устройство
выполняет свои функции и в этом случае.
Система с падающей нагрузкой предназначается для
работы с реле экспозиции только с фокусом мощностью
30 кВт. При этом обеспечивается плавное изменение во
время экспозиции как анодного тока трубки, так и ком-
пенсации падения напряжения; последнее достигается пе-
ремещением щеток вариатора.
В устройстве ТУР-1001 имеются также три системы
358
установки режима: а) система кВ-мКл-%, б) система
«автоматики по органам» и в) система «групповой авто-
матики по органам» для работы с реле экспозиции. Пер-
вая система в принципе сходна с такой же системой
в аппарате ТУР-700, отличаясь конструктивным выпол-
нением: установка киловольт, милликулонов и коэффи-
циента нагрузки осуществляется по шкалам с помощью
электроприводов, которые используются также при си-
стеме «автоматики по органам». Эта последняя (назы-
вавшаяся нами в § 5-5 системой «режимов по органам»)
позволяет посредством тех же рукояток устанавливать
заранее подобранные значения тех же величин по шка-
лам, на которых нанесена в последовательном порядке
таблица экспозиций, содержащая свыше 70 уставок. Под-
гонка под толщину объекта осуществляется отдельным
регулятором. В случае перехода к пленкам и усиливаю-
щим экранам иной чувствительности, а также при жела-
нии изменить другие задаваемые значения (электриче-
ские данные снимка или фокусное расстояние) достаточ-
но осуществить несложные переключения в питающем
устройстве.
Система «групповой автоматики по органам» содер-
жит 14 уставок, в каждой из которых объекты объеди-
нены по следующим основным признакам: а) рабочее ме-
сто, б) измерительное поле '(«доминанта») реле экспо-
зиции, в) число киловольт и г) предельно допускаемое
число милликулонов. При выборе уставки указанные па-
раметры устанавливаются автоматически. Дополнитель-
но к такой уставке выбирается лишь размер фокуса
трубки. Отключение высокого напряжения осуществляет-
ся с помощью реле экспозиции.
В питающих устройствах «Тридорос-5», «Гигантос» и
«Гигантос-Е» фирмы Сименс применены одинаковые си-
стемы предварительной установки режима, основанные
на использовании электромеханического счетно-решаю-
щего устройства [Л. 236 и 237]. Это устройство, осуще-
ствляя одновременно защиту трубки от перегрузки, по-
зволяет применять: а) систему кВ-мА-с с тремя отдель-
ными рукоятками, устанавливающими указанные пара-
метры независимо друг от друга, б) систему кВ-мКл
с двумя рукоятками, в которой для каждой уставки мил-
ликулонов предусматривается определенное разделение
па миллиамперы и секунды, причем с возрастанием пис-
ца милликулонов ток уменьшается, а выдержка возрас-
359
тает и в) систему с одной рукояткой, устанавливающей
лишь число киловольт. 'В последнем случае используется
ступенчатая падающая нагрузка («программное управ-
ление») и высокое напряжение отключается с помощью
реле экспозиции.
Упомянем еще о питающих устройствах «Супер-70» и
«Супер-100» фирмы Филипс. Предельные электрические
режимы для первого: 125 кВ, 300 мА и 900 кВ, 600 мА,
для второго— 150 кВ, 300 мА и 100 кВ, 1 000 мА. В обо-
их устройствах применены 2 одинаковые системы пред-
варительной установки режима. Основной является си-
стема с плавной падающей нагрузкой и коэффициентом
нагрузки, равным примерно 0,7, дополнительной — си-
стема кВ-мА-с, работающая лишь при пониженных мощ-
ностях и предназначаемая преимущественно для специ-
альных исследований, например для томографии.
Система с падающей нагрузкой предназначается для
работы как с реле экспозиции, так и без него. В послед-
нем случае высокое напряжение отключается с помощью
реле времени; специальное счетно-решающее устройство
указывает предварительно с учетом изменения тока при
падающей нагрузке число милликулонов, соответствую-
щее выбранным значениям киловольт и секунд. Таким
образом, в отсутствие реле экспозиции в качестве основ-
ной действует система кВ-мКл-с с заданным коэффици-
ентом нагрузки. При использовании реле экспозиции
устанавливается лишь число киловольт. Для каждого из
двух фокусов рентгеновских трубок имеется свой режим
падающей нагрузки.
Изменение компенсации падения напряжения осуще-
ствляется ступенчатым переключением сопротивлений
в первичной цепи главного трансформатора. На каждой
ступени сначала происходит переключение в одной фазе,
затем — в другой, потом — в третьей. В обоих питающих
устройствах применена высоковольтная выпрямительная
схема по рис. 4-26 с повышенными емкостями на выходе,
которые в значительной мере сглаживают изменение на-
пряжения, вызываемое переключением сопротивлений п
вообще падающей нагрузкой.
Во всех упоминавшихся питающих устройствах име-
ется автоматическая коррекция напряжения сети. Регу-
лировка напряжения (и тока) при просвечиваниях от-
делена от систем установки режима при снимках. Пре-
дельное напряжение просвечиваний—100—ПО кВ. Име-
360
ётся реле времени с предельной уставкой 5—10 мин, ст-
налпзирующее об истечении установленной выдержки
для ограничения времени облучения рентгенолога и па-
циента при просвечиваниях. Некоторые питающие устрой-
ства приспособлены для присоединения к ним специаль-
ного дозиметра (счетчика дозы) для учета радиацион-
ной нагрузки пациента.
Рис. 5-52. Исследования иа поворотном столе-штативе.
Остановимся весьма кратко на устройствах для при-
менения рентгеновских лучей в рентгенодиагностике,
ограничившись теми из них, которые характерны для
стационарных аппаратов общего назначения (рис. 5-51)
и добавив к ним лишь самые общие сведения о томо-
графах.
Основным устройством является поворотный стол-
штатив для исследований пациента в различных поло-
жениях. На рис. 5-52 это представлено в очень схемати-
ческом виде. Опорная стенка стола-штатива вместе с па-
циентом может поворачиваться (посредством электропри-
вода) вокруг горизонтальной оси. Одновременно пере-
мещаются также рентгеновский излучатель и экрано-сни-
мочное устройство. Они связаны между собою так, что
центральный луч, исходящий из излучателя, всегда про-
ходит через центр экрана на экрано-снимочном устрой-
стве; в то же время это последнее может перемещаться
361
По йаГфавлению центрального луча, т. е. приближаться
и удаляться от опорной стенки. Кроме того, экрано-сни-
мочное устройство и излучатель могут совместно пере-
мещаться вдоль опорной стенки и в некоторых преде-
лах— поперек нее. В большинстве современных поворот-
ных столов-штативов сама опорная стенка также может
а) 4 б) 6)
. Рис. 5-53. Различные тины поворотных столов-штативов.
перемещаться вдоль своего основания (т. е. корпуса сто-
ла-штатива). Это последнее перемещение всегда осуще-
ствляется с помощью электропривода. Электропривод ча-
сто применяется также для продольного перемещения
экрано-снимочного устройства (вместе с излучателем).
На рис. 5-52 положение с занижением головы имеет
сравнительно малый угол наклона (10—15°). Имеются
поворотные сголы-штативы, в которых этот угол достига-
ет 30—60 и даже 90°, что усложняет их конструкцию.
На рис. 5-53 представлены три типа поворотных сто-
лов-штативов в последовательном развитии. Стол-штатив
на рис. 5-53,а характеризуется тем, что экрано-снимочное
устройство поддерживается двумя консолями (связанны-
ми с излучателем) и имеет потолочное пружинное урав-
новешивание. Излучатель и консоли имеют грузовое
уравновешивание, размещенное в корпусе стола-штатива,
362
такой штатив входит в состав аппарата РУМ-10. В столе-
штативе по рис. 5-53,6 экрано-снимочное устройство
поддерживается одной консолью, что удобнее для под-
хода пациента и позволяет повысить уровень защиты
рентгенолога от рентгеновского излучения при горизон-
тальном положении опорной стенки с пациентом (аппа-
Рис. 5-54. Экрано-снимочное устройство поворотного
стола-штатива.
1 — экран для просвечивания со свинцовым стеклом; 2 —
кассстодержатель; 3—рукоятка для перемещения кассето-
держателя вручную; 4--органы электрического управления;
5 — рукоятка для перемещения отсеивающей решетки; 6—
защитный фартук.
рат РУМ-16). Наконец, в столе-штативе по рис. 5-53,а
все уравновешивание является грузовым и сосредоточено
в корпусе стола-штатива (аппарат РУМ-22). В этом слу-
чае стол-штатив не связан с потолком. Укажем, что во
всех трех типах расположение консолей, поддерживаю-
щих экрано-снимочное устройство, таково, что позволяет
производить исследования в так называемой латеропо-
зиции, когда пациент лежит на специальной подставке,
расположенной поперек опорной стенки, находящейся
в вертикальном положении.
Общий вид экрано-снимочного устройства представ-
лен на рис. 5-54. Когда ведутся просвечивания, полеэкра-
363
па открыто для пучка лучен, причем центральный луч
совпадает с центром экрана. Чтобы произвести снимок,
кассетодержатель с кассетой вводится в поле облучения
вручную или посредством электропривода. Поскольку
наряду с одиночными обзорными снимками осуществля-
ются также прицельные снимки в количестве 2—4 на
одну кассету, то экрано-снимочное устройство имеет ме-
ханическое или электромеханическое программирующее
устройство. После того как рентгенолог установил про-
грамму, он вводит по ходу просвечиваний кассету в по-
ле облучения и программирующее устройство, перемеща-
ет в поле нужную часть кассеты. При установлении про-
граммы выбирается и соответствующий тубус, распола-
гающийся на тубусной панели, обращенной к опорной
стенке стола-штатива. Внутри корпуса экрано-снимочно-
го устройства находится также рентгеновский отсеиваю-
щий растр с электроприводом.
С левой стороны экрано-снимочного устройства рас-
полагаются органы управления не только экрано-сни-
мочным устройством, но и столом-штативом в целом: его
поворотом, перемещением опорной стенки и т. д., а так-
же раскрытием шторок диафрагмы. Управление экрано-
снимочным устройством связано с электрической схемой
аппарата в целом, поэтому, например при перемещении
кассеты в поле облучения, происходит одновременное пе-
реключение питающего устройства с просвечиваний на
снимки; после осуществления снимка кассетодержатель
автоматически выходит из поля облучения и происходит
обратный возврат питающего устройства к режиму про-
свечиваний. К числу органов управления относится так-
же управление электрическими тормозами.
В некоторых случаях предусматривается возможность
регулировки напряжения и тока хотя бы в ограниченных
пределах, непосредственно от экрано-снимочного устрой-
ства (самим рентгенологом в процессе просвечиваний).
Вместе с тем иногда осуществляется размещение на
экрано-снимочном устройстве (и одновременно па пульте
управления) микрофона и громкоговорителя; это позво-
ляет вынести пульт управления в автономное помеще-
ние.
В некоторых поворотных столах-штативах использу-
ются так называемые автоматические диафрагмы, в ко-
торых раскрытие шторок диафрагмы при просвечиваниях
связано с перемещением экрано-снимочного устройства
364
в направлении центрального луча. При переходе к сним-
кам в зависимости от выбранной программы шторки
автоматически переходят к нужному раскрытию. Один из
таких столов-штативов описан в [Л. 238].
Все сказанное относится к поворотным столам-штати-
вам, если так можно выразиться, «классического» типа.
На них можно работать с использованием усилителей
яркости рентгеновского изображения и рентгенотелевиде-
ния. Для поддержания усилителя яркости (и телевизи-
онной камеры) обычно используется отдельный потолоч-
ный уравновешиватель. Имеются столы-штативы и
с внутренним грузовым уравновешиванием усилителя
яркости [Л. 239]. В то же время внедрение рентгенотеле-
видения привело к созданию телеуправляемых столов-
штативов (§ 7-8), которые конструктивно могут сильно
отличаться от описанных.
Скажем пару слов о штативах и столах, предназна-
чаемых только для снимков. Такие штатив и стол уже
приводились на рис. 2-26. Штатив для большей жестко-
сти конструкции обычно имеет две опоры — па полу и
потолке и может передвигаться с излучателем вдоль сто-
ла. Под опорной стенкой стола располагается рентгенов-
ская отсеивающая решетка, которая также может пере-
мещаться вдоль стола; там же в случае необходимости
размещается и устройство для производства увеличен-
ных снимков. Все передвижения штатива и излучателя
на штативе обычно тормозятся посредством электриче-
ских тормозов. В некоторых столах опорная стенка мо-
жет перемещаться в горизонтальной плоскости относи-
тельно корпуса стола, что дает дополнительные удобства
при центрировании. В последние годы все большее раз-
витие получают штативы для снимков подвесного типа,
укрепляемые только на потолке («потолочные» штати-
вы); они удобны тем, что оставляют свободным все
пространство под излучателем. Напомним, что шта-
тив для снимков предназначается обычно для обслу-
живания не только стола, но и стенки для снимков
(рис. 5-51).
Переходим к краткому рассмотрению рентгенодиагно-
стических устройств для томографии (т. е. послойных
снимков). На рис. 5-55, заимствованном из [Л. 240], пред-
ставлены два наиболее часто применяемых принципа то-
мографии. На рис. 5-55,67 излучатель и кассета с пленкой
при снимке движутся по дугам, на рис. 5-55,6— по пря-
365
мым. Из обоих рисунков видно, что при таких движениях
изображение точки С, лежащей на линии Л, находящей-
ся в определенной плоскости, перпендикулярной цен-
тральному лучу, при всех положениях пленки проекти-
руется в одну точку (Ci—Сз), в то же время точка X,
относящаяся к другой параллельной плоскости, проек-
тируется в разные точки (Xi—/3). Другими словами, па
пленке четко выделяется только изображение объектов,
Рис. 5-55. Наиболее распространенные системы томографов.
а — излучатель и кассета с пленкой движутся по дугам; б — излучатель и кас-
сета движутся в параллельных плоскостях.
находящихся в слое, соответствующем одной плоскости,
для других слоев происходит «размазывание» изображе-
ния. Толщина выделяемого слоя тем меньше, чем боль-
ше угол, на который перемещаются излучатель и плен-
ка. Обычно этот угол лежит в пределах 10—30°. В по-
следние годы получает распространение томография при
очень малых углах (несколько градусов). Этот вид ис-
следований получил название зонографии [Л. 241].
Томографическая система на рис. 5-55,а более слож-
на кинематически, зато сохраняет одинаковую интенсив-
ность излучения при всех углах. В системе по рис. 5-55,6
интенсивность излучения уменьшается по мере отхода
центрального луча от вертикального положения. Для
выравнивания условий облучения пленки в этом случае
может быть применено специальное устройство, автома-
тически изменяющее анодный ток рентгеновской трубки
[Л. 242].
366
с пациентом в одну сторону от
Рис. 5-56. Томограф типа МТ-2 с из-
лучателем и кассетой с пленкой, дви-
жущимися по дугам.
Для осуществления томографии используются илй
специальные томографы или «томографические пристав-
ки» к столам для снимков. На рис. 5-56 изображен по-
воротный стол-томограф с движением излучателя и кас-
сеты с пленкой по дугам. Томограф позволяет повора-
чивать опорную стенку
горизонтального поло-
жения на 90° и в дру-
гую—на 10°. Томограф
может быть использо-
ван также для осущест-
вления обычных сним-
ков.
Помимо томографов
с движениями излуча-
теля и кассеты с плен-
кой по рис. 6-55, имеют-
ся томографы, в кото-
рых движение по дугам
заменяется движением
по сферам или движе-
ние по прямым заменя-
ется движением по кри-
вым в параллельных
плоскостях. В обеих ус-
ложненных систем ах
слой будет выделяться,
как описано выше, од-
нако проекция цен-
трального луча на пло-
скость выделяемого
слоя (или на плоскость
опорной стенки) будет перемещаться не по прямой, апо
кривой, задаваемой движением излучателя и кассеты
с пленкой. Обычно это окружность и эллипс, иногда
также гипоциклоида. Переход к кривым увеличивает
цшну пути, что, как полагают, повышает при некоторых
объектах исследований качество томографического изо-
бражения. Один из таких томографов, который также
можно использовать для осуществления обычных сним-
ков, описан в [Л. 243].
Выше шла речь о томографах, предназначаемых для
снимков слоев вдоль тела пациента. Имеются также спе-
циальные томографы для поперечных срезов.
367
5-8. УСИЛИТЕЛИ ЯРКОСТИ РЕНТГЕНОВСКОГО
ИЗОБРАЖЕНИЯ, РЕНТГЕНОКИНОСЪЕМКА
И РЕНТГЕНОТЕЛЕВИДЕНИЕ
а) Усилитель яркости рентгеновского изображения.
Такой усилитель имеет назначением получить визуально
наблюдаемое рентгеновское изображение значительно
большей яркости, чем на экране для просвечивания. В на-
стоящее время усилители яркости, как правило, приме-
няются совместно с рентгенотелевизионными устройства-
ми. Здесь мы кратко опишем электронно-оптические уси-
лители яркости рентгеновского изображения, являющие-
ся наиболее распространенными.
В течение достаточно долгого времени, предшество-
вавшего внедрению телевизионных устройств, такие уси-
лители применялись независимо, соединяясь с устройст-
вами для визуального просвечивания, в частности с по-
воротными столами-штативами. В последнем случае они
сочленяются с экрано-снимочными устройствами, заме-
няя в последних экран для просвечивания; для поддерж-
ки усилителя используется отдельный потолочный урав-
новешиватель, подобный изображенному на рис. 5-53,а
для поворотного стола-штатива аппарата РУМ-10.
Электронно-оптический усилитель яркости рентгенов-
ского изображения состоит из трех основных частей:
а) электровакуумного прибора, который принято назы-
вать рентгеновским электронно-оптическим преобразова-
телем (РЭОП), б) электрического устройства, питаю-
щего этот преобразователь и в) оптической системы для
рассматривания рентгеновского изображения. Мы оста-
новимся здесь на конструкции электронно-оптического
преобразователя, являющегося главной частью усили-
теля.
На рис. 5-57 представлен схематический разрез одно-
польного преобразователя. Рентгеновские лучи, пройдя
сквозь объект и стеклянную стенку преобразователя, воз-
действуют па находящийся в вакууме флуоресцирующий
экран, подобный обычному экрану для просвечивания.
Свечение экрана вызывает освобождение электронов из
фотокатода, расположенного (по ходу лучей) за экраном
вдоль всей его поверхности. В любой точке фотокатода
число электронов, освобождаемых в секунду, пропорцио-
нально яркости свечения экрана в соответствующей точ-
ке. Таким образом, светящееся изображение преобразу-
ется в электронное изображение. При помощи электри-
368
Меского поля, создаваемого электродами (электронными
линзами), находящимися под напряжением примерно
25 кВ, это изображение воспроизводится на втором
флуоресцирующем экране (телевизионного типа) при-
мерно с десятикратным уменьшением размеров. Это
уменьшенное изображение рассматривается через опти-
ческую систему, дающую такое же увеличение и возвра-
щающую изображение к его первоначальным размерам.
Рис. 5-57. Схематический разрез рентгеновско-
го электронно-оптического преобразователя
(РЭОП).
/ — флуоресцирующий экран; 2 — фотокатод; 3 —
электроды электронной линзы; 4 — пути электронов;
5 -- второй флуоресцирующий экран.
В таком преобразователе яркость свечения увеличи-
вается в несколько тысяч раз, что достигается за счет
двух факторов: а) ускорения электронов электрическим
полем и б)1 увеличения плотности электронов на втором
флуоресцирующем экране (обратно пропорционально
квадрату линейных размеров). Реальное увеличение
яркости при визуальных просвечиваниях значительно ни-
же, поскольку: а) такой высокий коэффициент усиления
получается при несколько пониженных напряжениях на
рентгеновской трубке (80—90 кВ) и повышенной филь-
трации излучения и б) при реальных просвечиваниях
значительно уменьшают анодный ток трубки с тем, что-
бы понизить радиационную нагрузку рентгенолога и па-
циента по крайней мере в 10 раз.
Рентгеновские электронно-оптические преобразовате-
ли изготовляются со входным диаметрОхМ (определяющим
размер поля обозрения) от 12,5 до 25 см. Наряду с одно-
польными изготовляются также двупольные преобразова-
тели, например -с полями 15 и 23 см [Л. 245]. В таких
преобразователях действует система переключающихся
электродов (электронных линз), позволяющая перехо-
24—1434 369
разрез
Рис. 5-58. Схематический
электронно-оптического усилителя
яркости рентгеновского изображе-
ния.
/ — объект исследования; 2 —РЭОП;
3 — оптическая система для визуаль-
ного наблюдения; 4 — кинокамера.
дйть от нормального поля к уменьшенному, дающему
в то же время увеличение части рентгеновского изобра-
жения, получаемого на нормальном поле.
Ограничение поля обозрения является недостатком
электронно-оптического преобразователя и электронно-
оптического усилителя в
целом, поскольку это тю-
ле в экрано-снимочных
устройствах достигает
размера 35x35 см. Дру-
гим недостатком является
необходимость рассматри-
вать рентгеновское изо-
бражение через оптиче-
скую систему, жестко свя-
занную с корпусом усили-
теля (рис. 5-58).
Разрешающая способ-
ность электронно-оптиче-
ского усилителя определя-
ется в основном разреша-
ющей способностью флу-
оресцирующего экрана и
не превышает, как и в
обычных экранах для про-
свечивания, 1 —1,5 пер/мм.
Применение электронно-
оптического усилителя не-
сколько снижает контра-
стность изображения
из-за дополнительного
рассеяния рентгеновских
и видимых лучей самим
усилителем *.
усилителей в рентгеподиаг-
В целом внедрение таких
ностическую практику представляло большой шаг впе-
ред, поскольку ввиду значительного увеличения яркости:
а) повышало объем информации, получаемый при ви-
зуальных просвечиваниях, б) снижало радиационную на-
грузку пациента и рентгенолога и в) позволило осуще-
1 Естественно, что оценка электронно-оптического усилителя как
звена в системе передачи информации может быть осуществлена
с помощью частотно-контрастных характеристик; см., например
[Л. 246, 247].
370
ствить рептгенокиносъемку. Использование усилителей
для снимков получило ограниченное применение из-за
их относительно малой разрешающей способности; для
некоторых видов рентгенодиагностических исследований
рекомендуется осуществлять снимки с экрана усилителя
диаметром 23—25 см с помощью фотокамеры, рассчитан-
ной на пленку шириной 70 мм [Л. 248].
б) Рентгенокиносъемка. Как уже указывалось, внед-
рение рентгенокиносъемки в рентгенодиагностическую
практику стало возможным после появления усилителей
яркости рентгеновского изображения. При рентгенокино-
съемке используются, как правило, обычные кинокамеры
для пленки шириной 16 и 35 мм, сочленяемые с усилите-
лем яркости, как, например, на рис. 5-58.
Различают непрерывный и импульсный режимы рент-
генокиносъемки. В обоих случаях пленка облучается,
естественно, лишь при открытом обтюраторе кинокамеры
(находясь в неподвижном состоянии). Рентгеновская
трубка в первом случае работает непрерывно в течение
всего времени съемки. Если принять, что время нахож-
дения обтюратора в открытом состоянии такое же, что и
в закрытом, то радиационная нагрузка врача и пациен-
та и тепловая нагрузка трубки удваиваются по сравне-
нию с минимально необходимыми значениями. Выдерж-
ка одного кадра находится при непрерывном режиме
в прямой зависимости от числа кадров в секунду; так,
если последнее равно 24, то выдержка кадра равна при-
мерно 0,02 с (20 мс); анодный ток трубки (при задан-
ном напряжении на трубке) приходится подбирать, ори-
ентируясь на заданную выдержку. Длительность цикла
находится обычно в пределах 1 мин.
Во втором случае рентгеновская трубка работает
с перерывами, причем для каждого кадра начало облу-
чения синхронизируется с открытием обтюратора. Таким
образом, можно не только избежать излишней работы
трубки и излишнего облучения, но и получить возмож-
ность регулировать выдержку кадра (в пределах време-
ни, когда обтюратор находится в открытом состоянии).
Для осуществления рентгенокиносъемки в импульс-
ном режиме обычно применяются периодическое замыка-
ние и размыкание главной цепи на стороне высокого на-
пряжения. Для этой цели можно использовать, как уже
указывалось (§ 5-5), или трехэлектродную рентгеновскую
трубку с управляющей сеткой или высоковольтные трио-
24* 371
ды. Оба варианта изображены па рис. 5-59. Первый ва-
риант, используемый, в частности, фирмой Сименс, пред-
ставляется более простым. Однако он требует специаль-
ной рентгеновской трубки, на которую, помимо ее пря-
мого назначения — быть источником рентгеновских лу-
чей, возлагается дополнительная функция замыкания и
размыкания главной цепи; поэтому в периоды размыка-
ния она должна выдерживать полное или даже повышен-
Рпс. 5-59. Две системы импульсного пптаппя при
рснтгспокииосъсмкс.
а — с трехэлектродной рентгеновской трубкой; б —с вы-
соковольтными триодами.
ное напряжение. Второй вариант, используемый, в част-
ности, фирмой Филипс, более сложен, однако, позволяет
применять обычные рентгенодиагностические трубки,
условия работы которых к тому же облегчены по срав-
нению с первым вариантом: поскольку замыкание и
размыкание осуществляется здесь высоковольтными три-
одами, напряжение на трубке в периоды размыкания от-
сутствует.
Такие системы замыкания и размыкания главной цепи
позволяют снижать выдержку кадра до 1—2 мс. Напря-
жение на трубке берется равным 100—125 кВ, анодный
ток трубки 100—200 мА. Для поддержания от кадра
к кадру примерно одинаковой плотности почернения
пленки применяется такое же автоматическое регулиро-
вание, что и для поддержания яркости рентгеновского
изображения при рентгенотелевидении (см. далее). Бо-
лее подробные сведения о рентгенокиносъемке приведе-
ны в [Л. 149].
в) Рентгенотелевидение. Рентгенотелевидение полу-
чило за последние годы достаточно широкое применение
372
в рентгенодиагностике, далеко не исчерпав вместе с тем
всех своих возможностей. В рамках этой книги мы огра-
ничимся лишь самыми общими представлениями, исполь-
зуя в первую очередь материал, приведенный в [Л. 250—
252].
Рентгенотелевидение, как и рентгенокиносъемка, ста-
ло возможным лишь после появления усилителей ярко-
Рпс. 5-60. Передача рентгеновского изображения
с использованием элекгрошю-оптичсскою усилителя и
телевидения.
/— элсктронпо-сптический преобразователь; 2 — промежуточная
оптика; 3 — телевизионная камера; 4 — телевизионный экран;
t* — рентгеновское излучение; б- видимый свет; в — поток элек-
тронов; г — электрические сигналы.
сти рентгеновского изображения, поскольку яркость све-
чения экрана без предварительного усиления недоста-
точна для обычных телевизионных устройств. На рис.
5-60 представлена передача рентгеновского изображения
с использованием электронно-оптического усилителя
яркости и телевизионного устройства с указанием пре-
вращений, которым подвергается изображение на пути
от объекта к наблюдателю; число превращений, как вид-
но, достигает пяти, и к каждому из них, естественно,
предъявляется требование возможно меньшего снижения
качества изображения.
Визуальное просвечивание с телевизионным устройст-
вом имеет большие преимущества перед просвечиванием
просто с усилителем яркости: а) при наличии телевизи-
онного устройства экран, дающий наблюдаемое изобра-
жение, отделяется от объекта наблюдения, что значи-
тельно облегчает работу рентгенолога и б) телевизион-
373
ное устройство позволяет регулировать (в частности,
увеличивать) контраст изображения, что способствует
увеличению объема диагностической информации.
Рентгенотелевидение использует технику обычного
телевидения, видоизменяя ее применительно к специфи-
ческим требованиям рентгенодиагностики. Рентгенотеле-
визионные системы относятся к числу «замкнутых», в ко-
торых видеосигнал, т. е. электрический сигнал от «пере-
датчика» (устройства, воспринимающего изображение)
к «приемнику» (устройству, воспроизводящему изобра-
жение) передается по коаксиальному кабелю связи.
В этом они подобны так называемым «промышленным»
телевизионным устройствам и отличаются от устройств
для телевизионного вещания, использующих «беспрово-
лочную» передачу.
В рентгенотелевизионных системах применяются два
Вида передающих телевизионных трубок: видикон и су-
перортикон. Не останавливаясь на их устройстве, укажем
лишь основные различия. Видикон значительно менее
чувствителен, имеет меньшую разрешающую способность
и обладает в отличие от суперортикона заметной свето-
Рис. 5-61. Передающие устройства рентгенотелевизиопных систем.
1 — РЭОП; 2 —видикон; 3 — суперортикон; 4 — экран для просвечивания; 5 —
зеркально-линзовая оптика; 6 — электронно-оптический усилитель видимого
света.
вой инерцией. В то же время телевизионные камеры
с видиконом более просты в наладке и эксплуатации,
обладают значительно меньшей массой (3—4 кг против
10—15 для камеры с суперортиконом) и значительно
меньшей стоимостью.
На рис. 5-61 изображены в весьма упрощенном виде
наиболее распространенные передающие устройства
374
рентгенотелевизионных систем. В первых двух использу-
ются электронно-оптические усилители яркости рентге-
новского изображения и они отличаются лишь тем, что
в устройстве I в качестве передающей трубки использу-
ется видикон, а в устройстве II — суперортикон. Оба эти
вида получили широкое распространение, первое —
в европейской практике, второе — в американской. Бла-
годаря сравнительно небольшим размерам телевизион-
ная камера наряду с кинокамерой сочленяется с элек-
тронно-оптическим усилителем, не требуя дополнитель-
ных поддерживающих устройств. Особенно компактной
является камера с видиконом.
Применение видикона требует высокочувствительной
оптики между выходом усилителя яркости и входом ви-
дикона, чтобы -свести к минимуму потери света на этом
пути; здесь обычно применяется тандем-система из двух
светосильных объектов. Работы по совершенствованию
видиконов привели к увеличению их чувствительности и
снижению инерционности; одним из таких усовершенст-
вованных типов является «Плумбикон» фирмы Филипс
[Л. 250].
Устройства III и IV используют светосильную зер-
кальную оптику, подобную оптике во флуорографических
камерах (см. далее). Это позволяет обойтись без рент-
геновского электронно-оптического преобразователя и
увеличить диаметр входного экрана до 32 см. Поскольку
зеркальная оптика занимает сравнительно большой объ-
ем, эти устройства громоздки по сравнению с двумя пер-
выми. В третьем устройстве свет от обычного экрана для
просвечивания через упомянутую оптику попадает в элек-
тронно-оптический усилитель видимого света и затем
воздействует на суперортикон (системы «Синеликс» и
«Делысаликс» голландской фирмы де Оуде Делфт).
В четвертом устройстве усилитель видимого света отсут-
ствует; после светосильной зеркальной оптики свет по-
падает здесь прямо в специальный сверхчувствительный
суперортикон (система английской фирмы Маркони).
Выше говорилось о передающих и приемных устрой-
ствах рентгенотелевизионных систем как о совершенно
автономных, связанных лишь коаксиальным кабелем для
передачи видеосигналов. В действительности благодаря
сравнительно коротким расстояниям (как правило, не
более 10—15 м) обычно используется несколько иное
конструктивное оформление. Вводится промежуточный
375
(«центральный») блок, от которого осуществляется,
с одной стороны, электропитание передающего устройст-
ва, а с другой — в нем могут располагаться некоторые
элементы приемного устройства. Мы сосредоточим сей-
час внимание на конечном элементе всей рентгенотелеви-
зионной системы — выходном экране, служащем для рас-
сматривания рентгеновского изображения.
Размеры телевизионного экрана характеризуются
длиной его диагонали. В рентгенотелсвизиопных систе-
мах обычно применяются экраны размером (по диаго-
нали) 36 см. При отношении высоты экрана к его ши-
рине 3:4 высота достигает примерно 21 см; видимое по-
ле обозрения . рентгеновского электронно-оптического
преобразования проектируется в виде круга диаметром
20 см.
В европейских телевизионных системах принята 625-
строчная развертка изображения (по горизонтали), что
дает для полного изображения круглым счетом 5-Ю5
элементарных ячеек. При использовании указанного вы-
ше круглого поля обозрения число ячеек, участвующих
в образовании изображения, сокращается примерно
вдвое. Число кадров (т. е. полных смен изображения)
в секунду обычно равно 25. Наиболее благоприятным
расстоянием для рассматривания рентгеновского изобра-
жения при указанном размере экрана считается 1 — 1,5 м.
Поскольку основным достоинством рентгенотелевизи-
онных систем является возможность регулировать (в ча-
стности, увеличивать) контраст изображения, остановим-
ся на этом регулировании подробнее. При этом согласно
[Л. 247] для расчета контраста будем использовать фор-
мулу
IS _
4 — В. + Zi2 •
На рис. 5-62 регулирование контраста представлено
в упрощенном виде. На рис. 5-62,6/ и б дано изменение
контраста в рентгеновских лучах; на рис. 5-62,а, пред-
ставлен контраст, создаваемый объектом (точнее, какой-
либо деталью объекта), а на рис. 5-62,6 — контраст,
уменьшенный из-за воздействия рассеянного излучения.
Не учитывая некоторого снижения контраста рентгенов-
ским электронно-оптическим преобразователем (а так-
же, возможно, видиконом, поскольку некоторые типы его
снижают контраст), перейдем к регулированию в теле-
376
визиоппом приемном
устройстве. На рис. 5-62,6
контраст изменяется ру-
кояткой регулирования
самого контраста, а на
рис. 5-62,в рукояткой ре-
гулирования яркости изо-
бражения и именно в сто-
рону ее снижения. В ито-
ге достигается значитель-
ное увеличение контраста
изображения на выход-
ном экране.
‘При визуальных про-
свечиваниях € рснтгепо-
телевидением встает во-
прос об автоматическом
выравнивании средней яр-
кости изображения на
выходном экране при из-
менении условий просве-
чивания (например, при
переходе к более полному
пациенту или ют прямой
проекции к боковой). На рис. 5-63 представлены три вари-
г)
к
Рис. 5-62. Регулирование контра-
ста в рситгсиотслевизиопиой си-
стеме.
а и б — изменение контраста в рентге-
новских. лучах; в и г — изменение коп
траста на телевизионном экране (чис-
ленные значения контраста взяты про-
извольно).
анта решения этой задачи. В первом варианте датчиком
служит дозиметрическая
камера, располагаемая перед
Рис. 5-63. Автоматическое выравнивание яркости изображения
в реитгеиотелевизпонпой системе.
Датчиком служит одно из следующих устройств: а — дозиметрическая камера,
б — фотоэлектронный умножитель или в — с^мо телевизионное устройство.
377
входным экраном рентгеновского электронно-оптического
преобразователя, во втором—фотоэлектронный умножи-
тель, на который воздействует часть светового потока ('пос-
ле ’преобразователя), отщепленная системой’промежуточ-
ной оптики, и в третьем—электрический сигнал самого
приемного телевизионного устройства. Электрические сиг-
налы от того или иного датчика ’поступают в регулирующее
устройство, где сравниваются с эталоном (подобно то-
му как на рис. 3-33 и 3-35); в случае отклонения регу-
лирующее устройство воздействует в нужном направле-
нии на напряжение на рентгеновской трубке или на ток
трубки.
В современных рентгенотелевизионных системах
фирм Сименс и Филипс [Л. 252] принят второй вариант.
Он используется также при автоматическом выравнива-
нии плотности почернения пленки (от кадра к кадру)
при рентгенокиносъемке. В обоих случаях учитывается
изменение яркости свечения лишь центральной части
изображения, которая является, таким образом, своего
рода доминантой (§ 5-6).
Ранее на рис. 5-2 была представлена схема передачи
информации в самом общем виде. Теперь мы конкрети-
зируем ее применительно к телевизионной передаче рент-
геновского изображения.
Схема такой передачи приведена на рис. 5-64. Эле-
мент рентгеновского изображения, обозначаемый здесь
как Сигналы, передается по такой же системе, как и на
рис. 5-60. Каждое звено этой системы характеризуется
своей частотно-контрастной характеристикой, оказываю-
щей влияние на уровень сигнала (и тем самым на ка-
чество рентгеновского изображения).
При использовании телевизионных устройств чувст-
вительность системы может быть доведена до столь вы-
сокой степени, что станет сказываться флуктуационный
характер потока рентгеновских фотонов. Эти флуктуа-
ции по виду своего действия относящиеся к категории
Шумов, будут, естественно, ухудшать качество рент-
геновского изображения. Они вступают в систему при
возбуждении рентгеновскими фотонами свечения вход-
ного экрана в рентгеновском электронно-оптическом пре-
образователе и сопутствуют сигналам во всех последую-
щих звеньях систем.
Телевизионные устройства в свою очередь вводят
в систему свои шумы. В итоге на выходном экране при
3/8
высокой степени усиления рентгеновское йзображенйй
будет мерцать или даже искриться. Чем меньше (в элек-
трических величинах) отношение сигнала к шуму, тем
сильнее указанное явление и ниже качество изображе-
ния, в частности различасмость мелких деталей даже
при весьма благоприятных частотно-контрастных харак-
теристиках для всех звеньев. Предельная чувствитель-
Рис. 5-64. Схема передачи информации при рептгеноте-
левидении.
1 — РЭОП; 2 — промежуточная оптика; 3 — телевизионная каме-
ра; 4 — приемное телевизионное устройство; Ч1\Х — частотно-
контрастная характеристика соответствующего звена.
ность, к которой целесообразно стремиться в рентгено-
телевизионных системах, определяется именно отноше-
нием сигнал/шум, в основном зависящим от флуктуаци-
онного характера потока рентгеновских фотонов.
Применение рентгепотелевизионных систем, отделив
выходной экран от объекта наблюдения, позволило сде-
лать следующий крупный шаг в части облегчения усло-
вий работы рентгенолога и снижения его радиационной
нагрузки: создать телеуправляемые поворотные столы-
штативы. Такие столы-штативы выпускаются двух видов.
У первого вида экрано-снимочное устройство, как и
у обычных поворотных столов-штативов, находится перед,
а рентгеновский излучатель за опорной стенкой (когда
последняя находится в вертикальном положении), у вто-
рого вида применяется обратное расположение.
На рис. 5-65 представлен телеуправляемый поворот-
ный стол-штатив «Футурама» второго типа фирмы Ком-
пани женераль де радиоложи. Столу-штативу придан от-
379
дельный пульт, позволяющий осуществлять полное уп-
равление па расстоянии. Выходной телевизионный экран,
пульт управления столом-штативом, равно как и пульт
управления рентгеновского питающего устройства, от-
далены от стола-штатива и вынесены за специальную
защитную ширму больших размеров, верхняя часть ко-
торой выполнена из просвппцоваппого стекла. Другие
Рис. 5-65. Телеуправляемый поворотный стол-штатив.
типы телеуправляемых поворотных столов-штативов опи-
саны в [Л. 253—257].
Применение рснтгснотелсвизионных систем благода-
ря промежуточному преобразованию рентгеновского
изображения в электрические сигналы позволило осу-
ществлять магнитную запись этого изображения при
просвечиваниях, для чего были разработаны специализи-
рованные устройства для рентгеновской видсомагнитной
записи .[Л. 258, 259]. Такая запись ведется обычно парал-
лельно с непосредственным наблюдением рентгеновского
изображения на телевизионном экране. Резкость запи-
санного изображения, воспроизводимого в дальнейшем
на том же экране, мало уступает резкости непосредст-
венного телевизионного изображения. В то же время
запись имеет те достоинства, что дает возможность рент-
генологу повторно (и неоднократно) возвращаться
к изображению после просвечивания, полностью сосредо-
380
Точйвая па нем свое внимание, как и при рассматрива-
нии рентгеновских снимков на иегатоскопе.
Как уже отмечалось (§ 5-2), общий объем информа-
ции, содержащейся в рентгеновском изображении, обыч-
но значительно больше объема информации, полезной
для установления диагноза. В ряде случаев представ-
ляется желательным хотя бы частично избавиться от
сопутствующей информации. Мы упомянем кратко
о двух методах—гармонизации и субтракции. Оба эти ме-
тода были предложены еще в 30-х гг. для осуществления
фотографическим путем. Однако лишь преобразование
при рентгенотелевидении рентгеновского изображения
в электрические сигналы создало возможности для бо-
лее широкого применения этих методов.
Метод гармонизации основывается па положении,, что
при многих исследованиях основная полезная инфор-
мация сосредоточивается на тонких деталях и гранич-
ных «контурных линиях, которые следует выделить на
рентгеновском изображении. На рис. 5-66 представлен
принцип такого выделения [Л. 260]. Электрические сиг-
налы, идущие от исходной телевизионной камеры, перс-
Нормальный. сигнал
Рис. 5-G6. Одни из методов гармонизации рентгеновского
изображения.
I — РЭОП и исходная телевизионная камера: 2 — промежуточное
телевизионное устройство; 3 --вторая телевизионная камера; 4 —
суммирующее устройство.
даются па промежуточное приемное телевизионное
устройство и преобразуются в видимое изображение.
Вторая телевизионная камера превращает это изображе-
ние в нарочито «нерезкие» электрические сигналы. Эти
сигналы в суммирующем устройстве налагаются на нор-
мальные сигналы, поступающие от исходной камеры, и
в значительной мере подавляют ту часть их, которая со-
ответствует «нерезким» сигналам.
В [Л. 262] описывается такого же рода система, в ко-
торой однако, обе камеры (для нормальных и «нерез-
381
кйх» сигналов) снимают изображение с одного экранй.
Наконец, в [Л. 262] дается представление о способе, соз-
дающем гармонизацию чисто электронным путем в пре-
делах одной телевизионной системы.
Метод гармонизации применим как в отношении
обычных уже готовых рентгеновских снимков (когда
объект наблюдения неподвижен), так и в отношении
рентгенотелевизионных просвечиваний (когда объект
наблюдения перемещается). В отличие от этого метод
Рис. 5-67. Один из методов субтракции.
А — снимок без наполнения контрастным веществом; Б — сни-
мок с наполнением; / — телевизионная камера; 2 — усилитель;
— усилитель с измененной полярностью сигналов; 4 — сумми-
рующее устройство.
субтракции применим лишь в отношении уже готовых
снимков. Метод субтракции применяется в том случае,
когда используют контрастные вещества, например для
выявления на рентгеновском снимке кровеносных сосу-
дов. Этот метод позволяет освободиться от других дета-
лей изображения и получить более отчетливую картину
именно сосудистой системы; чаще всего он применяется
при исследовании сосудистой системы черепа.
Принцип метода субтракции поясняет рис. 5-67. Для
его осуществления необходимо иметь два идентичных
снимка, отличающихся лишь тем, что в одном кровенос-
ные сосуды наполнены, а в другом не наполнены кон-
трастным веществом. Две телевизионных камеры пре-
вращают подсвечиваемые изображения этих снимков
в электрические сигналы. Благодаря изменению поляр-
ности сигналов в одном из каналов одинаковые сигналы,
приходящие в суммирующее устройство, взаимно уничто-
жаются (или резко ослабляются) и на выходном экране
доминирует изображение кровеносных сосудов, напол-
ненных контрастным веществом. Для осуществления
метода субтракции могут быть использованы и другие
принципы.
382
В применении к готовым рентгеновским снимкам ме-
тод субтракции имеет значительное сходство с методом
гармонизации, что позволяет объединить их в одном
приборе. Такого рода прибор, выпускаемый фирмой Си-
менс, кратко описан в [Л. 263], где приведены также ре-
зультаты исследований по созданию цветных изображе-
ний для метода субтракции.
5-9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ РЕНТГЕНОДИАГНОСТИЧЕСКИЕ
АППАРАТЫ И УСТРОЙСТВА
а) Флуорографические аппараты и устройства. Пол-
ный состав рентгенофлуорографического аппарата, пред-
назначаемого для флуорографии органов грудной клетки
Рис. 5-68. Рептгенофлуорографический аппарат
«Флюар-1».
1 — флуорографическая камера; 2 — тубус; 3 — защитная
кабица, в которой располагается пациент; 4 — рентгенов-
ский излучатель; 5 — высоковольтный генератор; 6 —
пульт управления.
(в первую очередь, для выявления туберкулеза легких),
представлен на рис. 5-68. Основной отличительной ча-
стью является флуорографическая камера, связанная
светонепроницаемой оболочкой (называемой по сходству
формы тубусом) с рентгеновским экраном для просвечп-
вания? находящимся внутри защитной кабины. Камера
383
вместе с тубусом, а также иногда вместе с другими до-
полнительными частями называется флуорографом.
Современные флуорографы обычно рассчитаны на
осуществление фотоснимков с экрана размером 39x39
или 40x40 см на пленку шириной 70, 100 или НО мм.
Это соответствует размерам снимков соответственно
62x62, 90x90 и 100X100 мм. Различают флуорографы
Рис. 5-69. Схематические разрезы флуорографических
камер.
а — с линзовой оптикой, и — с зеркальной оптикой.
с линзовой и зеркальной оптикой (рис. 5-69). Вопрос
о качестве изображения, даваемого флуорографами пер-
вого и второго типов (при одинаковой светосиле), слу-
жит предметом дискуссии, тем более, что оба типа си-
стематически совершенствуются. Более распространенны-
ми являются флуорографы второго типа, хотя они более
громоздки и требуют особой осторожности при транс-
портировке, чтобы не нарушить настройку оптической
системы.
Аппарат «Флюар-I», изображенный на рис. 5-68,
является стационарным. В нем применяется отечествен-
ный флуорограф Ф-59-П с экраном 35x35 см, рассчи-
танный на пленку шириной 70 мм. Флуорограф имеет
зеркальную оптику со светосилой (точнее относительным
отверстием) 1:0,75 и фокусным расстоянием 182 см.
Флуорограф снабжен кассетой, заряжаемой рольной
364
пленкой на 400 снимков. Кассета приводится в действие
электроприводом.
Флуорограф имеет ряд блокировок. В частности, вы-
сокое напряжение может быть включено лишь после то-
го, как в специальный карман вставлена стандартная
учетная карточка пациента. При этом на флуорограмме
получается номер, отпечатанный на карточке. Благодаря
этому избегают путаницы между снимками и карточ-
ками. После выключения высокого напряжения
пленка в кассете автоматически передвигается на один
снимок.
В качестве источника излучения в аппарате «Флю-
ар-I» применена рентгеновская трубка типа 6-10-БД-125
с вращающимся анодом, у которой используется боль-
шой фокус. Питающее устройство рассчитано на 125 кВ,
100 мА. В нем применена однофазная двухполупериод-
пая схема выпрямления; в качестве высоковольтных вен-
тилей используются селеновые выпрямители. Аппарат
имеет систему уставок кВ-мА-мКл. Высокое напряжение
может отключаться или с помощью реле количества
электричества или с помощью реле экспозиции фотоме-
трического типа (§ 5-6).
Завод «Карл Цейс, Иена» (ГДР) выпускает флуоро-
графы с линзовой оптикой. «Флуорограф-70» для пленки
шириной 70 мм имеет светосилу 1 :0,73 и фокусное рас-
стояние 100 мм. «Флуорограф-110» для пленки шириной
110 м имеет светосилу 1:0,8 и фокусное расстояние
125 мм. Оба флуорографа изготовляются как с прямы-
ми, так и с угловыми тубусами. В последнем случае
флуорограф может использоваться в составе стационар-
ного рентгенодиагностического аппарата общего назна-
чения со специальным поддерживающим штативом в со-
четании со столом для снимков. Флуорограф служит то-
гда для получения одиночных снимков, заменяющих пря-
мые (полноформатные) рентгеновские снимки.
«Флуорограф-70» входит в состав разборного рентге-
нофлуорографического аппарата, выпускаемого заводом
ТУР (ГДР). Аппарат, включая защитную кабину, укла-
дывается в специальные ящики и перевозится на авто-
машине типа фургона. К автомашине придается прицеп
с походной электростанцией, питающей аппарат. В аппа-
рате используется рентгеновская трубка с вращающимся
анодом. Двухполупериодное питающее устройство рас-
считано на 100 кВ, 100 мА и 70 кВ, 150 мА.
25—1434 385
Большое распространение получили флуорографы
«Отделка» голландской фирмы Олд Делфт с зеркальной
оптикой. Флуорограф для пленки шириной 70 мм имеет
светосилу 1 :0,63 и фокусное расстояние 160 мм, флуоро-
граф для пленки шириной 100 мм — светосилу 1 :0,65 и
фокусное расстояние 213 мм. Флуорографы выпускаются
как с прямыми, так и с угловыми тубусами. Западноев-
ропейские фирмы, выпускающие рентгеиофлуорографи-
ческие аппараты, как правило, используют в их составе
флуорографы «Отделка». Подробные сведения о всех
упоминавшихся флуорографах приведены в [Л. 264].
В зарубежной практике рентгенофлуорографичсский
кабинет для групповых обследований с целью выявления
туберкулеза легких часто размещается в салоне специ-
ально приспособленного автобуса и является, таким об-
разом, разъездным кабинетом. При этом обычно исполь-
зуются флуорографы для пленки шириной 70 мм.
В Японии, где сравнительно велико число желудоч-
ных заболеваний, разъездные рентгепофлуорографиче-
ские кабины используются также для групповых же-
лудочных обследований. В состав такого кабинета, вы-
пускаемого фирмой Тосиба, входит специальный пово-
ротный стол-штатив с флуорографической камерой для
пленки шириной 70‘мм. Снимки желудка осуществляют-
ся с экрана 30x30 см. Флуорографическая камера (фир-
мы Канон) имеет зеркальную оптику со светосилой
1:0,56 и фокусным расстоянием 200 мм. В аппаратуре
используется импульсное питание трехэлектродной рент-
геновской трубки с вращающимся анодом.
б) «Хирургические» аппараты. Рентгеновскими хирур-
гическими аппаратами обычно называются аппараты,
предназначаемые для рентгеновского контроля при хи-
рургических операциях. Такие аппараты, как правило,
являются передвижными и имеют рентгенотелевизион-
ные устройства.
На рис. 5-70 в качестве примера изображен рентге-
новский хирургический аппарат «Сиремобиль» фирмы
Сименс. Рентгеновский излучатель в виде моноблока и
электронно-оптический усилитель яркости рентгеновско-
го изображения с телевизионной камерой укреплены на
дуговом держателе, который может перемещаться
в обойме в пределах 90°. Сама обойма может в некото-
рых пределах вращаться вокруг горизонтальной и верти-
кальной осей и перемещаться горизонтально и верти-
386
кально (в последнем случае с помощью электроприво-
да). Таким образом, аппарат предоставляет широкие
возможности для манипуляций со спаренными источни-
ком и приемником излучения. Рентгеновское изображе-
ние рассматривается па телевизионном экране нормаль-
ного размера (с диагональю 36 см).
Рис. 5-70. Рентгеновский «хирургический» аппарат с те-
левизионным устройством.
В моноблоке используется при однополупериодном
питании двухфокусная рентгеновская трубка с непо-
движным анодом. Малый фокус размером 0,6 X 0,6 мм
предназначается для просвечиваний с телевизионным
устройством. При этом может применяться как ручное
регулирование напряжения до 95 кВ и тока до 3 мА, так
и автоматическое регулирование (§ 5-8). Аппарат может
использоваться также для рентгеновских снимков.
В этом случае применяется большой фокус размером
1,8X1,8 мм, допускающий предельные режимы: 90 кВ,
15 мА и 50 кВ, 26 мА. Высокое напряжение отключается
при этом с помощью мехиического реле времени с дву-
мя интервалами уставок: 0,1—0,9 с и 1—6 с.
в) Аппараты и устройства для ангиокардиографии.
Ангиокардиография представляет собой рентгенографи-
25* 387
ческое исследование сердечно-сосудистой системы с при-
менением контрастных веществ, вводимых в кровенос-
ную систему. Различают отдельные виды ангиокардио-
графии в зависимости от исследуемых органов и частей
тела; так, например, церебральная ангиография пред-
ставляет собой ангиографию сосудов черепа. Устройства
Рис. 5-71. Устройства для ангиокардиографии.
для различных видов ангиокардиографии заметно отли-
чаются друг от друга. В то же время при создании
устройств для ангиокардиографии стремятся к их воз-
можной унификации.
Рассмотрим в качестве примера оборудование швед-
ской фирмы Элема-Шенаидер, предназначаемое для соб-
ственно ангиокардиографии, т. е. рентгенографического
исследования сердца и прилегающих сосудов (рис. 5-71).
Пациент располагается на столе 1. С помощью излуча-
теля, поддерживаемого потолочным штативом 2 и
устройства 3, содержащего электронно-оптический уси-
литель яркости рентгеновского изображения, кино- и те-
левизионную камеры, могут производиться просвечива-
ния (что необходимо при катетеризации, т. е. при введе-
нии катетера в сердечно-сосудистую систему) и кино-
съемка. При переходе к снимкам используются .серийные
кассеты 4 и 5. В этом случае устройство 3 выдвигается
388 • .
из-под стола и на его месте располагается кассета 4\
одновременно придвигается кассета 5; для этой послед-
ней используется излучатель 6.
Серийные снимки производятся с частотой до 6—12
снимков в секунду сериями по 10—15 снимков с пере-
рывами между сериями в несколько секунд. Выдержки
снимков составляют обычно несколько сотых долей се-
кунды. Снимки могут производиться как в одной проек-
ции, так и одновременно в двух проекциях. Выбор про-
граммы осуществляется с помощью программатора 7,
расположенного рядом с пультом управления рентгенов-
ского питающего устройства.
Такие условия предъявляют высокие требования,
с одной стороны, к серийным кассетам, с другой —
к рентгеновскому питающему устройству. Конструкция
серийной кассеты должна обеспечить подачу в рабочее
положение рольной пли нарезанной пленки с большой
скоростью, поскольку снимки имеют размер, например,
30x30 см. В рабочем положении пленка должна нахо-
диться в зажатом состоянии. Рентгеновское питающее
устройство должно иметь большую мощность и позво-
лять осуществление снимков в двух проекциях.
При двухпроекционной работе может быть использо-
вано одновременное питание обоих рентгеновских излу-
чателей от одного питающего устройства. Так, например,
питающее устройство ТУР-1001 рассчитано па такую
работу. Недостатком этой системы является невозмож-
ность раздельной регулировки напряжения, поэтому оба
излучателя работают на одном напряжении; различные
условия облучения пленки для горизонтального и вер-
тикального снимков могут устанавливаться только с по-
мощью изменения анодных токов рентгеновских тру-
бок.
Удобнее использовать два отдельных питающих
устройства. Помимо раздельной регулировки напряже-
ния в этом случае снимки для обеих проекций можно
производить пе одновременно, а с незначительным сдви-
гом по времени (порядка нескольких миллисекунд), что
уменьшает дополнительное облучение пленки излучате-
лем второй проекции. Одновременно облегчаются и усло-
вия электрического питания, поскольку уменьшается
одновременно потребляемая мощность.
Рентгеновское питающее устройство «Триплекс Ан-
гиаматик» фирмы Элема-Шеиандер имеет два высоко-
389
вольтных генератора, управляемых от одного пульта.
Допускается как одновременное, так и со сдвигом во
времени питание рентгеновских излучателей. Питающее
устройство рассчитано па следующие предельные режи-
мы: 150 кВ, 2X400 мА н 100 кВ, 2x800 мА. В питающем
устройстве применена схема с двенадцатифазным вы-
прямлением на селеновых выпрямителях.
В заключение данного параграфа укажем, что мате-
риал, помещенный в нем, охватывает далеко не все виды
рентгенодиагпостпческой аппаратуры специального на-
значения.
5-10. РЕНТГЕНОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ
а) Аппараты для близкофокусной и внутриполостной
терапии. Как уже указывалось (§ 1-6), при близкофокус-
ной рентгенотерапии используется сравнительно мягкое
рентгеновское излучение, генерируемое при напряжениях
от 5—10 до 50—60, иногда до 100 кВ. В качестве источни-
ков излучения применяются рентгеновские трубки с за-
земленным анодом и проточным водяным охлаждением.
Трубки имеют выходные оконца из вакуумно-непрони-
цаемого бериллия. При внутриполостной рентгенотера-
пии используется излучение, генерируемое при напряже-
ниях 50—100 кВ. Применяются трубки с выносным по-
лым анодом (§ 2-1), который, естественно, заземляется.
В них также применяется проточное водяное охлажде-
ние. Поскольку выносной анод вводится в полости тела,
температура охлаждающей воды поддерживается па
уровне 20—25 °C. Поэтому охлаждение осуществляется
обычно не от водопровода, а от специального водяного
насоса.
На рис. 5-72 изображен отечественный аппарат типа
РУТ-60-20-М на 60 кВ, 20 мА, предназначенный для
близкофокусной терапии. Источником излучения являет-
ся рентгеновская трубка типа 1-БПВ-60 с боковым вы-
ходом лучей и оконцем из вакуумпопепроппцаемого
бериллия; охлаждение анода осуществляется от водо-
провода. В аппарате использована однополупериодная
вентильная схема; в качестве высоковольтного вентиля
применен кенотрон типа КРМ-110. Аппарат имеет плав-
ную регулировку напряжения в пределах от 10 до 60 кВ
и плавную регулировку тока с предельным значением
20 мА во всем интервале напряжений. Высокое напря-
390
жепие контролируется по прибору в первичной цепи,
проградуированному в киловольтах и включенному
в специальную измерительную схему, учитывающую па-
дение напряжения при нагрузке. Высокое на .ряжение
отключается с помощью электромеханического реле вре-
мени с интервалом уста-
вок от 10 до 6 мин.
На близких расстояни-
ях от выходного окна
трубки благодаря очень
малому ослаблению лучей
бериллием мощность экс-
позиционной дозы дости-
гает очень высоких зна-
чений даже при сильно
•пониженных напряжени-
ях. При удалении от окна
мощность дозы уменьша-
ется сильнее, чем следует
из закона квадратов рас-
стояний, поскольку мяг-
кое излучение заметно
ослабляется воздухом.
При режиме 60 кВ, 20 мА
и фильтре 0,1 мм мощ-
ность экспозиционной до-
зы на расстоянии 5 см от
выходного окна достигает
40 тыс. Р/мин. В рентгено-
терапевтической практике используют обычно значитель-
но меньшие мощности дозы, применяя большие кожно-фо-
куспые расстояния и более действенную фильтрацию.
Одновременно используют тубусы, формирующие поле
облучения. В состав описываемого аппарата входит
14 различных тубусов. Физические основания и методы
близкофокусной (и внутриполостной) терапии излага-
ются в [Л. 266].
В аппарате для близкофокусной терапии «Дермо-
пан-2» фирмы Сименс имеется четыре фиксированные
уставки напряжения: 10, 29, 43 и 50 кВ, причем филь-
трация излучения для каждой уставки подобрана так,
что при токе 25 мА мощность экспозиционной дозы для
кожно-фокусного расстояния 30 см равна 100 Р/мин при
всех применяемых тубусах. Соответствие установленного
Рис. 5-72. Отечественный аппарат
для близкофокусной терапии
РУТ-60-20.
391
фильтра выбранной уставке напряжения указывается
специальной световой сигнализацией.
Аппарат Т-100 фирмы Филипс-Мюллер на напряже-
ние 100 кВ предназначается как для близкофокусной,
так и для внутриполостпой рентгенотерапии. Высоко-
Рис. 5-73. Рентгеновские из-
лучатели аппарата RT-100.
а — для близкофокусной тера-
пии: б для внутриполостпой
терапии.
но-фокуспого расстояния
вольтный генератор (разме-
щенный ’в пульте управления)
дает сглаженное напряжение.
В аппарате предусмотрено по-
переменное питание двух рент-
геновских излучателей; пере-
ход от одного рабочего места
к другому осуществляется с по-
мощью высоковольтного пере-
ключателя, находящегося в вы-
соковольтном генераторе.
Рентгеновские излучатели
изображены на рис. 5-73. Для
излучателя, используемого при
близкофокусной терапии, в ап-
парате предусмотрено четыре
ступени напряжения: 10, 30, 55
и ПО кВ, при предельных то-
ках 8 мА—'Для первой и по-
следней ступеней и 10 мА —
для двух средних • ступеней.
Это обеспечивает при соответ-
ственно подобранных филь-
трах неизменную экспозицион-
ную дозу 100 Р/мин для кож-
30 см. Для излучателя, пред-
назначенного для внутриполостпой терапии, также пре-
дусмотрено четыре ступени: 50, 60, 80 и 100 кВ, при то-
ках, убывающих соответственно от 5 до 2,5 мА. Высокое
напряжение отключается с помощью электромеханиче-
ского реле времени с предельной уставкой 15 мин.
Остановимся более подробно па втором излучателе.
Степка выносного анода (вместе с наружной оболочкой
водяного охлаждения) создает значительную естествен-
ную фильтрацию, препятствующую использованию излу-
чателя при напряжениях ниже 50 кВ. При напряжении
100 кВ эта фильтрация соответствует 0,25 мм Си; мощ-
ность экспозиционной дозы па расстоянии 5 см от анода
при режиме 100 кВ, 2,5 мА составляет 350 Р/мин. Излу-
392
чатель используется с тубусами в виде насадок на вы-
носной анод. На рис. 5-74 в качестве примера приведены
дозные поля (в воздухе), создаваемые некоторыми тубу-
сами; как мы видим, такие тубусы дают возможность
значительно видоизменять дозное поле вблизи источника
излучения.
Рис. 5-74. Примеры дозных полей, создаваемых рентгеновскими
излучателями для внутриполостной терапии.
б) Аппараты для глубокой терапии. При глубокой
рентгенотерапии используется жесткое сильно фильтро-
ванное излучение, генерируемое при напряжениях 250 —
300 кВ и выше. Как уже указывалось (§ 1-6), ведущая
роль в глубокой терапии перешла к гамма-излучению,
тем не менее наряду .с гамма-аппаратами продолжают
эксплуатироваться и выпускаться также и рентгеновские
аппараты для глубокой терапии.
Остановимся вначале на аппаратах на 250—300 кВ
с симметричным распределением напряжения относи-
тельно земли. В таких аппаратах обычно используются
рентгеновские трубки .с проточным масляным охлажде-
нием: допустимая длительная мощность трубки дости-
гает 3—4 кВт. Рентгеновский излучатель с такой труб-
кой был описан в § 2-3. В питающих устройствах ис-
пользуется, как правило, схема удваивания со сглажен-
393
ным напряжением; в качестве высоковольтных вентилей
обычно применяются селеновые выпрямители.
На рис. 5-75 изображен аппарат «Стабилипан»
[Л. 267] фирмы Сименс, выпускающийся в настоящее
время в двух модификациях: на 250 и ‘300 кВ. Питаю-
щее устройство может обслуживать (попеременно) два
Рис. 5-75. Аппарат для глубокой тера-
пии «Стабилипан».
рентгеновских излучателя; переключатель рабочих мест
расположен в общем баке с высоковольтным генерато-
ром. В аппарате наряду с рентгеновскими излучателями
для глубокой терапии могут использоваться также излу-
чатели для близкофокусной или внутриполостной тера-
пии; они включаются между отрицательным выводом
высоковольтного генератора и заземленной средней точ-
кой. Таким образом, аппарат как бы является универ-
сальным рентгенотерапевтическим аппаратом.
Аппарат имеет плавную регулировку напряжения и
ступенчатую регулировку тока. Напряжение и ток могут
быть установлены предварительно; затем, после включе-
ния высокого напряжениня, они автоматически прини-
мают установленные значения за время не более 3 с.
394
Напряжение контролируется по прибору в первичной
цепи со схемой, учитывающей падение напряжения.
Имеется автоматическая коррекция напряжения сети,
осуществляемая с помощью автоматического вариатора,
и электронная стабилизация непосредственно анодного
тока трубки. Высокое напряжение • отключается с по-
мощью электромеханического реле времени с предельной
уставкой 20 мин.
В аппарате имеется прибор для контроля мощности
экспозиционной дозы во время облучения. Мощность
экспозиционной дозы на расстоянии 50 см от фокуса
трубки при режиме 300 кВ, 12 мА и фильтре 1 мм Си
составляет 86 Р/мин, при режиме 250 кВ, 15 мА и том
же фильтре—70 Р/мин. Слой половинного ослабления
в первом случае равен 2,5 мм Си и во втором — 2,2 мм
Си.
В состав аппарата могут входить штатив для стати-
ческого облучения (рис. 5-75) и штатив для подвижного
облучения (рис. 5-76). В последнем рентгеновский излу-
чатель может качаться в пределах задаваемого угла во-
круг больного, лежащего на постели. Такой вид подвиж-
ного облучения часто называют ротационным. В описы-
ваемом штативе радиус качания можно изменять от 50
до 67 см. По достижении излучателем конечного поло-
жения подвижная часть штатива автоматически меняет
направление движения.
Отечественная промышленность выпускает отдельные
аппараты для подвижного (ротационного) и статическо-
го облучения, оба с предельным режимом 250 кВ, 15 мА.
Первый из них РУМ-13 — по системам регулирования и
автоматики подобен описанному выше, второй РУМ-17—
отличается лишь тем, что вместо электронной стабили-
зации непосредственно анодного тока трубки исполь-
зуется стабилизация тока накала с помощью феррорезо-
нансного стабилизатора. Штатив для подвижного облу-
чения, входящий в состав аппарата РУМ-13, имеет
постоянный радиус качания 50 см; предельные углы ка-
чания 30 и 360° с промежуточными уставками через 15°.
Угловая скорость качания — 180° в минуту.
Аппарат для ротационного облучения «Антарес»
фирмы Компани женераль де радиоложи имеет предель-
ный режим 250 кВ, 12 мА. В качестве источника высоко-
го напряжения в аппарате используются два электроста-
тических генератора на 125 кВ каждый, соединяемые
395
последовательно; средняя точка между ними заземлена.
Генераторы—-роторного типа, в качество изоляции в них
используется водород под давлением 1,5 Н/см2. Имеется
автоматическая стабилизация напряжения па трубке.
Штатив для ротационного облучения подобен описанным
выше п имеет постоянный радиус качания 50 см.
Рис. 5-76. Штатив «Пендель» для рота-
ционного облучения.
Фирма Филипс-Мюллер выпускает аппараты для ста-
тического облучения на 250 и 300 кВ, в которых исполь-
зуется рентгеновская трубка с полым анодом, предна-
значаемая для симметричного напряжения и располагае-
мая в защитном кожухе с газовой изоляцией [Л. 268].
Такого рода рентгеновский излучатель, созданный вна-
чале для рентгенодефектоскопических аппаратов, описы-
вается в § 6-1.
На рис. 5-77 изображен аппарат для статического об-
лучения «Резомакс-300» английской фирмы Ньютон на
396
300 кВ, 20 мА. Рентгеновским излучателем является мо-
ноблок с высоковольтным трансформатором резонансно-
го типа (без сгалыюго магнитопровода) с секциониро-
ванной рентгеновской
трубкой с полым зазем-
ляемым анодом. Аппарат
получает питание от спе-
циального генератора по-
вышенной частоты (1000
Гц). мощностью 8 кВ-А.
Схематический разрез
моноблока дан на рис,
5-78. Изоляционной сре-
дой является трансформа-
торное масло. Отсутствие
стального сердечника по-
зволило -.расположить
рентгеновскую трубку по,
оси моноблока, что приве-*
ло к весьма рационально-
му использованию объема
и совершенной экраниров-
ке трубки. Вторичная об-
мотка высоковольтного трансформатора набрана из от-
дельных плоских секций. Промежуточные электроды сек-
ционированной рентгеновской трубки соединяются с сек-
циями вторичной обмотки высоковольтного трансформато-
ра. Накал нити катода осуществляется от специальной об-
Рис. 5-77. Аппарат для глубокой
терапии «Резомакс-300».
Рнс. 5-78. Схематический разрез моноблока аппарата «Резомакс-300».
/ — секционированная рентгеновская трубка с полым анодом; 2 — зеркало ано-
да; 3 — фокусирующая катушка; 4 — первичная обмотка; 5 — вторичная обмот-
ка; 6а — обмотка накала; 6б — дроссель регулировки накала; 7 —двигатель
для регулировки накала; 8 — цилиндрический свинцовый затвор; 9 — двигатель
для поворота затвора; 10 — ионизационная камера к рентгенметру, находяще-
муся на пульте управления.
397
Основные отечественные рентгеновские аппараты медицинского
Тип Общая характеристика Рентгеновский излучатель
Вид излучателя Тип рентгенов- ской трубки Размер, фокуса, мм
Рентгенодпагно
5-Д-1 8-Л-3 ' Аппарат для зубных снимков с неболь'нпм на- стенным штативом, под- держивающим излуча- тель Передвижной аппарат для снимков в двух ва- риантах: а) палатного ти- па и б) разборного типа Моноблок То же 0.2-БДМ-7-50 1.6-БДМ-9-90 0,8X0,8 2,0X2,0
РУМ-4М (РУД-100-40) Разборный аппарат об- щего назначения То же З-БДМ-2-100 2,8X2,8
12-П-5 Передвижной аппарат палатного типа для сним- ков Рентгеновская трубка в отдель- ном защитном кожухе 6-10-БД-8-125 (с вращающим- ся анодом) 1.5X1,5
12-Ф-4 Стационарный флуоро - графический аппарат с флуорогоафом Ф-59-П для пленки шириной 70 мм То же То же 1,5X1.5
АРД-2-110-К4 АРД-2-125-К4 РУМ-10 (РУД-145-250) РУМ-22 Стационарный аппарат общего назначения с дву- мя излучателями; упро- щенный поворотный стол- штатив; стенка для сним- ков То же Стационарный аппарат общего назначения с дву- мя излучателями; пово- ротный стол-штатив; стол для снимков; стенка для снимков То же Рентгеновские трубки в отдель- ных защитных кожухах То же То же То же 2-5-БДМ-3-110 10-БЦ-1 -11 0 (с вращаю- щимся анодом) 6-10-БД-8-125 (с вращаю- щимся анодом) 8-16-БД-2-145 1.2-16-БД-3-145 (обе с вращаю- щимся анодом) 14-30-БД-10-150 2-30-БД-11-150 (обе с вра- щающимся анодом) 1.9X1,9 3. зхз,з 1,5X1.5 0,8X0,8 1,5X1,5 1,0X1,0 2,0X2,0 0,3X0,3 2,0X2,0 1,0X1,0 2,0X2,0 0,3X0,3 2.0X2,0
РУМ-16 То же; имеется воз- мож ность п рисоед инить третий излучатель То же То же То же
398
Таблица 5-8
назначения
Питающее устройство
Предельные электрические режимы Схема выпрямле- ния Системы установки ре- жима и стабилизации Сеть
Напря- жение, В Мощ- ность, кВ«А
кВ | мА
стические аппараты
50 7 Од I юпо л у пе риод - Режим работы устанав- 220 1,3 16
75 18 ная безвенгильная То же ливается только с помо- щью реле времени Режим работы устанав- 220 2,5 40 (60) 300
100 40 То же ливается только с по- мощью реле количества электричества Параметрическая стаби- лизация энергии излуче- ния Система уставок 120/220 4,0
125 100 Двух полу период - кВ-mA- с То же 220/380 15,0 (650) 310
125 100 ная То же Система уставок 220/380 15,0 970
НО 100 То же кВ-мА-мКл Система уставок 220/380 15,0 1 350
90 125 150 100 То же кВ-мА-с Стабилизация накала трубки То же 220/380 15,0 1 350
100 145 150 250 То же То же 220/380 40,0 1 700
90 150 400 250 То же Система уставок 220/380 40,0 1 700
100 150 400 250 С двепадцатифаз - кВ-мКл-С или падающая нагрузка. Автоматическая коррекция напряжения се- ти, стабилизация накала трубки Система уставок 220/380 100 2 000
100 600 ным выпрямлением кВ-мКл-С Стабилизация напряже- ния высоковольтного ге- нератора до включения высокого напряжения. Стабилизация накала трубки
399
Рентгеновский излучатель
Тип Общая характеристика Вид излучателя Тип рентге- новской трубки Размер, фокуса, мм
РУТ-60-20-1-М РУМ-13 (РУТ-250-15-1) . РУМ-17 (РУТ-250-15-2) П р и м е ч а системы стабили 2. Все аппар Аппарат для близкофо- кусной терапии Аппарат для глубокой iорании методом ротаци- онного облучения Аппарат для глубокой терапии методом стати- ческого облучения и и я: 1. В графе «Систем, зации—для всех аппаратов. аты, кроме РУТ-60-20-1-М Рентгеновская трубка в огдель- нбм защитном кожухе То же То же г установки режима i , иимеют заземлены}! Рептгенотерапе 1-БПВ-1-60 4-ВТМ-3-250 То же и стабилизации" Hawaii посередиюю точ! щтические з,охз,о Диа- метр фокуса 10 мм То же системы <у вторич
мотки. Регулировка накала производится посредством
дросселя, приводимого в действие двигателем, соединен-
ным с дросселем при помощи изоляционного вала. Рент-
геновская трубка имеет магнитную фокусировку элек-
тронного пучка.
Индуктивность рассеяния вторичной обмотки транс-
форматора и его емкости образуют колебательный кон-
тур, причем параметры L и С таковы, что при частоте
1 000 Гц контур оказывается настроенным в резонанс
с внешним (первичным) напряжением. Благодаря этому
колебания во вторичной цепи приобретают большой раз-
мах и вторичное напряжение во много раз превышает
первичное. Магнитный поток вторичной обмотки замы-
кается через стальное ядро, набранное для уменьшения
потерь от отдельных полос листовой стали, скрепленных
со стальным кожухом моноблока по всему его диаметру.
Резонансный ток во вторичной обмотке достигает
175 мА. Так как анодный ток трубки не превышает
20 мА, то наличие нагрузки не оказывает существенного
влияния на электрические колебания во вторичной цепи.
По этой же причине можно пренебречь разностью макси-
мумов полуволн вторичного напряжения. Электрические
колебания во вторичной цепи всегда имеют гармониче-
ский характер, даже если первичное напряжение сильно
400
Иродолжение^табл. 5-8
Питающее устройство
Предельные
^электрические
режимы
кВ | мА
Схема выпрямле-
нии
Системы установки режи-
ма и стабилизации
Сеть
На и )я-
жепие,
В
Мощ-
насть,
кВ-А
аппараты
GO
250
250
20
15
15
Однополу пери-
одная вентильная
Сдвоенная схе-
ма удваивания со
сглаженным на-
пряжением
То же
Стабилизация накала 127/220
^трубки и 380
Стабилизация напряже- 220/380
ния на трубке и сё анод-
ного тока
220/380
Стабилизация напряже-
ния на трубке и её тока
накала
8,0 1 200
8,0 1 ЮО
(предварительной) установки режима указаны для рентгенодиагностических аппаратов,
ной обмотки.
отличается от синусоиды. Благодаря тому, что контур
является резонансным, не приходится опасаться пере-
напряжений при включении и отключении аппарата.
Моноблок имеет у выходного окна свинцовый цилин-
дрический затвор с электроприводом. Напряжение и ток
устанавливаются при закрытом затворе, после чего за-
твор открывается. По окончании облучения сначала за-
крывается затвор, затем происходит электрическое от-
ключение. Штатив позволяет перемещать моноблок по
вертикали и вращать вокруг оси с помощью электропри-
водов. 4
В подобном аппарате «Макситрон-300» фирмы Дже-
нерал Электрик также на 300 кВ, 20 мА в моноблоке
с резонансным трансформатором применена газовая
изоляция, что позволило облегчить моноблок. Аппарат
предназначается для ротационного облучения. Для это-
го осуществляется одновременное перемещение: а) шта-
тива, поддерживающего моноблок, — перпендикулярно
оси моноблока и б) самого моноблока — в вертикальном
направлении с поворотом вокруг оси. В итоге фокус
трубки описывает вокруг больного окружность, как и
в других аппаратах для ротационного облучения.
Имеются аппараты для глубокой рентгенотерапии
в виде моноблоков с резонансным трансформатором и
26—1434 401
газовой изоляцией на напряжения до 2 000 кВ [Л. 269].
Такие аппараты вначале были разработаны для рептге-
нодефектоскопии (§ 6-1). Параллельно с ними были соз-
даны аппараты в виде моноблоков с газовой изоляцией,
в которых в качестве источника высокого напряжения
применяется электростатический генератор ленточного
типа [Л. 270, 272]. Такие аппараты строятся также на
напряжении до 2 000 кВ. Сравнение такого аппарата,
используемого для глубокой терапии, с гамма-аппара-
том, в котором применяется источник радиоактивного
кобальта (Со = 60), приведено в [Л. 272].
В настоящее время гамма-аппараты имеют в обла-
сти глубокой терапии преимущественное распростране-
ние. Вместе с тем рентгеновская аппаратура находит
себе здесь новое место. С развитием лучевой терапии точ-
ная локализация пучка лучей на непосредственном объ-
екте облучения — опухоли приобретают все большее зна-
чение. Для этого прежде всего должно быть точно за-
фиксировано расположение опухоли в теле больного,
чему и служит специальная рентгеновская аппаратура;
описание такой аппаратуры дается, в частности,
в [Л. 273].
В заключение гл. 5 приводится табл. 5-8, содержа-
щая сведения об основных отечественных рентгеновских
аппаратах медицинского назначения.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
РЕНТГЕНОВСКИЕ АППАРАТЫ ТЕХНИЧЕСКОГО
НАЗНАЧЕНИЯ
6-1. РЕНТГЕНОДЕФЕКТОСКОПИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ
Основным методом рентгеиодефектоскопии, как уже
указывалось (§ 1-6), являются рентгеновские снимки
контролируемых изделий. Рентгенодефектоскопические
аппараты строятся преимущественно передвижными. Мы
будем рассматривать их в порядке возрастания напря-
жения на трубке.
Аппараты на напряжения от 10 до 50—100 кВ пред-
назначаются для.контроля изделий из легких сплавов,
пластмасс и вообще материалов, сравнительно слабо
поглощающих рентгеновские лучи. Они имеют в качестве
рентгеновских излучателей рентгеновские трубки (в от-
402
дельных защитных кожухах) с выходными оконцами из
вакуумно-непроницаемого бериллия, работающие с за-
землением анода, для охлаждения которого использует-
ся водопровод (пли при желании, специальный водяной
насос, осуществляющий циркуляцию воды в замкнутой
системе).
В отечественной практике обычно используется аппа-
рат РУТ-60-20 (рис. 5-72). Хотя он предназначается для
близкофокуспой терапии, его целесообразно использо-
вать и в рассматриваемом случае, поскольку применен-
ная в нем рентгеновская трубка типа 1-БПВ-60 (разра-
батывавшаяся как рентгенодсфектоскопическая) имеет
фокус 3x3 мм. С помощью этого аппарата можно осу-
ществлять, например, контроль изделий из сплавов на
основе магния толщиной до 80—100 мм, па основе алю-
миния толщиной до 40—50 мм [Л. 10]. Фирма Филипс-
Мюллер выпускает аппарат MG-100 на 100 кВ, 10 мА,
являющийся модификацией рентгенотерапевтического
аппарата RT-100 (§ 5-9).
Большое распространение получили рентгенодефекто-
скопические аппараты с излучателями в виде малогаба-
ритных моноблоков, которые удобны не только в завод-
ских условиях, но и для разъездной работы. Отечествен-
ная промышленность выпускает 2 типа подобных аппа-
ратов— РУП-120-5 и РУП-200-5, соответственно на 120
и 200 кВ [Л. 274]. Второй из этих аппаратов изображен
на рис. 6-1. С помощью этих аппаратов можно осущест-
влять контроль изделий [Л. 40] из сплавов на основе
алюминия (на первом аппарате толщиной до 150 мм, на
втором — до 300 мм), титана (толщиной соответственно
до 120 и 200 мм), железа (до 20—25 и 50—60 мм). На
рис. 6-2 в качестве примера приведены условия рентге-
нографии изделий из сплавов на основе железа при фо-
кусном расстоянии 75 см. При уменьшении фокусного
расстояния ухудшается резкость изображения, однако
сокращается выдержка, что позволяет при тех же зна-
чениях мАX мин осуществлять рентгенографию изделий
большей толщины.
В аппарате РУП-120-5 применяется рентгеновская
трубка типа 0.4-БПМ-120, в аппарате РУП-200-5 — типа
0,7-БПМ-200. Размер фокуса в обеих трубках — 2x2 мм.
Первый аппарат при напряжениях 70—120 кВ допускает
работу с анодным током трубки до 5 мА, при напряжени-
ях 50—60 кВ—до 3 мА и при напряжении 35 кВ — до
26* 403
Рис. 6-1. Отечественный рентгеноцсфскто-
скоппческпй аппарат РУП-200-5 на 200 кВ.
Рис. 6-2. Условия рентгенографии при контроле изде-
лии из сплавов па основе железа. Напряжение на
трубке — пульсирующее или переменное, фокусное
расстояние — 75 см, пленка РТ-2, оловянпсто-свипцо-
вые фольги толщиной 0,05 мм.
404
2 мА; это объясняется тем, что при пониженных напря-
жениях анодный ток ограничивается допустимым током
накала нити катода. Аппарат РУП-200-5 допускает ра-
боту с анодным током до 5 мА при напряжениях 120 —
200 кВ и до 3 мА при напряжениях 70—120 кВ.
Конструктивно аппараты весьма близки друг к дру-
гу. Аппарат РУП-200-5 имеет, естественно, несколько
большую массу—190 кг против 155 кг у аппарата
РУП-120-5 (без дополнительного штатива-тележки, см.
далее); массы моноблоков равны соответственно 88 и
45 кг (вместе с арматурой, укрепленной па моноблоке и
служащей для его переноски). Рентгеновская трубка
в обоих аппаратах работает на переменном напряжении,
для выравнивания максимумов полуволн вторичного на-
пряжения применяется включение селенового выпрями-
теля в первичную цепь главного трансформатора. Регу-
лировки напряжения на трубке и тока трубки — плав-
ные.
Для регулировки напряжения используется вариа-
тор. Имеется электромеханическое реле времени с ма-
ксимальной уставкой — 15 мин.
Охлаждение анодного радиатора рентгеновской
трубки в моноблоках обоих аппаратов осуществляется
трансформаторным маслом, наполняющим моноблок.
Для улучшения охлаждения масло перемешивается
с .помощью крыльчатки с электроприводом. Внутри мо-
ноблока размещается также змеевик, по которому МО"
жет циркулировать вода для повышения теплоотдачи
моноблока в целом. Схематический разрез моноблока
аппарата РУП-200-5 приводился на рис. 3-19. Оба аппа-
рата предназначены для повторно-кратковременной ра-
боты. Так, аппарат РУП-200-5 при режиме 200 кВ, 5 мА
без водяного охлаждения может работать 15 мин с по-
следующим перерывом 30 мин; при водяном охлажде-
нии перерыв сокращается до 15 мин. Уменьшение рабо-
чего периода, естественно, позволяет соответственно
уменьшить и перерыв.
В состав обоих аппаратов входит штатив-тележка для
перемещения аппарата. Во многих случаях рентгеногра-
фии моноблок остается на штативе-тележке. Для его пе-
ремещения по высоте штатив-тележка имеет гребенки,
позволяющие изменять расстояние до пола в пределах
40—120 см (через 10 см) путем перемещения моноблока,
цапфы которого располагаются в прорезах гребенок.
405
Кроме того, моноблок может вращаться вокруг собствен-
ной оси, закрепляясь также в цапфах.
В состав аппарата РУП-120-5 входит также еще один
штатив-тележка для укрепления на нем моноблока для
перемещения вдоль рентгенографируемого сварного шва
в любой плоскости при фокусном расстоянии до 40 см.
Этот штатив-тележка может использоваться также для
перемещения моноблока внутри рентгенографируемого
трубопровода (диаметром 70, 80 или 100 см); при этом
моноблок может вращаться вокруг своей оси в пределах
360°, что позволяет производить (ступенями) снимки
кольцевых швов.
Зарубежные фирмы выпускают рентгенодефектоско-
пические аппараты с малогабаритными моноблоками на
напряжения от 100 до 400 кВ. Наряду с моноблоками
с односторонним пучком лучей (как у вышеописанных
отечественных аппаратов) имеются моноблоки для так
называемого «панорамного просвечивания», дающие
кольцевой пучок лучей. С помощью таких моноблоков
можно, в частности, производить сразу снимок всего
кольцевого сварного шва. На рис. 6-3 представлены раз-
личные варианты выхода излучения из моноблока. В ва-
рианте рис. 6-3,а осуществлен односторонний выход,
в остальных трех вариантах — выход для панорамного
просвечивания: на рис. 6-3,6 рентгеновская трубка рас-
положена в средней части моноблока, на рис. 6-3,в труб-
ка смещена вдоль оси моноблока в сторону торца, на
рис. 6-3,2 трубка имеет выносной полый анод.
В зарубежных моноблоках наряду с масляной изоля-
цией применяется также газовая (под давлением), что
способствует уменьшению размеров и массы моноблока.
Рассмотрим в качестве примера аппараты с малога-
баритными моноблоками бельгийской фирмы Бальто.Эти
аппараты разделяются на два вида: «Бальтоспот» и
«Бальтограф». Аппараты «Бальтоспот» выпускаются на
напряжения от 100 до 400 кВ и токи 2—5 мА и имеют
весьма облегченные моноблоки. В моноблоках исполь-
зуются рентгеновские трубки с радиаторным охлаждени-
ем, для лучшей теплопередачи применяется перемеши-
вание изолирующей среды с помощью крыльчатки с элек-
троприводом. Аппараты этого вида по вариантам
рис. 6-3,а и б выпускаются на напряжения от 100 до
400 кВ. В моноблоках на 100, 140 и 200 кВ применяется
масляная изоляция в моноблоках на 220, 250, 300 и
406
400 кВ — газовая изоляция. Масса моноблока па 1 GO-
140 кВ — 23 кг, на 200 кВ—40 кг, на 250—300 кВ —
65 кг, па 400 кВ—95 кг. В § 3-7 давалось описание мо-
ноблока на 300 кВ для панорамного просвечивания. Ап-
параты «Бальтоспот» по варианту рис. 6-3,в выпускают-
Рис. 6-3. Различные варианты выхода излучения из моно-
блоков.
а — направленный пучок, б—г — кольцевые пучки для панорамного
просвечивания.
ся на 100 и 150 кВ. В моноблоках этих аппаратов ис-
пользуется газовая изоляция; масса моноблока — 23 кг.
Аппараты «Бальтограф» имеют более мощные моно-
блоки. Аппараты на 200 кВ, 10 мА и 200 кВ, 14 мА вы-
пускаются с моноблоками по варианту рис. 6-3,а с ма-
сляной изоляцией, проточным масляным охлаждением
анода трубки и водяным охлаждением самого монобло-
ка; масса моноблока — 80 кг. Аппарат на 150 кВ, 10 мА
выпускается с моноблоком по варианту рис. 6-3,г с газо-
вой изоляцией и проточным водяным охлаждением поло-
го анода; масса моноблока — 50 кг.
Аппараты, подобные описанным, выпускают многие
зарубежные фирмы. Американо-датская фирма Пикер-
Андрекс разработала агрегаты, предназначаемые для
407
рентгенографии трубопроводов и состоящие из трех сек-
ций: а) малогабаритного рентгеновского аппарата с из-
лучателем в виде моноблока, б) источника питания в ви-
де аккумуляторной батареи и в) устройства для переме-
щения агрегата вдоль трубопровода внутри пего. Все
три секции имеют гибкие связи друг с другом и поддер-
живаются с помощью держателей; имеющих ролики (под
углом 120°), опирающиеся на внутреннюю стейку трубо-
провода.
Режим рентгенографии устанавливается предвари-
тельно, когда агрегат находится вне трубопровода. Вклю-
чение же и отключение высокого напряжения, равно как
и перемещение агрегата вдоль трубопровода осущест-
вляются посредством управления им с помощью мало-
мощного источника радиоактивного кобальта (0,5 мКи),
располагаемого на поверхности трубопровода в том ме-
сте, где следует произвести снимок. Излучение этого
источника воздействует на счетчики частиц, находящие-
ся в агрегате, которые связаны с системой его управле-
ния. В агрегате имеется второй такой источник радио-
активного кобальта, по которому можно контролировать
положение агрегата внутри трубопровода.
Агрегат с излучателем на 200 кВ предназначается для
рентгенографии трубопроводов диаметром от 0,5 до 1 м.
Он имеет следующие массы: рентгеновская секция —
109 кг, аккумуляторная секция—169 кг, секция с уст-
ройством для перемещения—133 кг. Агрегат позволяет
производить контроль трубопровода на длине 1,5 км без
подзарядки аккумуляторов при условии, что производит-
ся 100%-ный контроль сварных швов, расположенных на
расстоянии 12 м друг от друга.
Перейдем теперь к малогабаритной импульсной рент-
геиодефектоскопичсской аппаратуре. На рис. 6-4 пред-
ставлен отечественный аппарат ИРА-2Д 1 на напряжение
300—350 кВ при длительности вспышки рентгеновского
излучения порядка 1 мкс; предельная частота следова-
ния вспышек 1—2 Гц. В обычной рентгенодефектоскопи-
ческой практике для снимка используется несколько
вспышек подряд. Максимальная толщина стали, для ко-
торой может использоваться аппарат ИРА-2Д — 30 мм.
1 Аппарат ИРА-2Д является развитием аппарата ИРА-1Д
[Л. 276], который в свою очередь был разработан в развитие аппара-
та, описанного в [Л. 275]. Дальнейшие разработки аппаратуры серии
ИРА описаны в [Л. 277].
480
Схематический разрез моноблока этого аппарата дан
на рис. 6-5. Здесь используется двухэлектродная им-
пульсная рентгеновская трубка типа ИА-350 с игольча-
Рпс. G-4. Отечественный импульсный рептгеподсфектоскогшче-
ский аппарат ИРА-2Д.
/ — ‘ моноблок; 2 — пульт управления; 3 —преобразователь.
тым анодом, работающая по принципу, изображенному
на рис. 4-58,а. Разряд происходит между заостренным
краем заземленного катода К и острием анода А. Диа-
570
Рис. 6-5. Разрез моноблока аппарата ИРА-2Д.
/ — рентгеновская трубка; 2 —импульсный трансформатор.
метр фокусного пятна — 2 мм. Рентгеновская трубка по-
лучает питание от импульсного трансформатора по схе-
ме рис. 4-60. Первичная обмотка трансформатора Тр2
имеет всего три витка (намотанных из медной ленты),
вторичная обмотка 450 витков (намотанных из провода
409
ПЭВ). Трансформатор имеет ферритовый сердечник.
Снаружи трансформатор обмотан хлопчатобумажной
лентой и схвачен пластмассовыми стяжками.
Аппарат может присоединяться или к сети перемен-
ного тока 220 В или к источникам постоянного тока 12 В
через специальный преобразователь, входящий в состав
аппарата. Потребляемая мощность — 0,15 кВ-А. Масса
Рис. 6-6. Отечественный рентгенодефектоскопический
аппарат РУП-150/300-10.
1 и 2 — катодный и анодный элементы высоковольтного генера-
тора; 3 — штатив с излучателем; 4 — масляный насос; 5 — пульт
управления.
аппарата — 30 кг, в том числе масса моноблока — 15 кг.
Рассмотрим теперь рентгенодефектоскопические ап-
параты па напряжения до 300—400 кВ, в которых излу-
чателями являются рентгеновские трубки в отдельных
защитных кожухах. На рис. 6-6 представлен отечествен-
ный аппарат РУП-150/300-10. В данном составе аппарат
имеет рентгеновский излучатель с рентгеновской трубкой
типа 2,5-БПМ-250 на 250 кВ, 10 мА; трубка имеет фокус
размером 4x4 мм. Схематический разрез излучателя
был дан на рис. 2-24. Высоковольтный генератор разбит
на два элемента — катодный и анодный, каждый из кото-
рых рассчитан на напряжение 150 кВ и работает с за-
землением вывода; оба элемента вместе дают симме-
410
тричное напряжение 300 кВ. В каждом из элементов при-
менена схема удваивания со сглаженным напряжением
(рис. 4-38). При использовании обоих элементов обра-
зуется сдвоенная схема (рис. 4-41) с заземлением сред-
ней точки. В качестве высоковольтных вентилей исполь-
зованы селеновые выпрямители.
При желании катодный элемент высоковольтного ге-
нератора может быть использован для питания рентге-
новских излучателей на напряжение 150 кВ с заземле-
нием анода трубки В этом случае могут применяться
излучатели с трубками типов 1,5-БПВ-15 или 0,3-БПВ-150.
Первая представляет собой трубку с выносным полым
анодом, вторая — трубку с двумя выходными оконцами
из вакуумно-непроницаемого бериллия (расположенными
под углом 180°) и острым (диаметром до 0,3 мм) фо-
кусом. Обе трубки имеют магнитную фокусировку. Фо-
кусирующая катушка располагается на защитном кожу-
хе. Кожухи для обеих трубок одинаковы; в них приме-
нена масляная изоляция.
Регулировки напряжения на трубке и анодного тока
трубки — плавные. Для регулировки напряжения исполь-
зуется вариатор. Напряжение на трубке контролируется
по прибору, проградуированному в киловольтах и вклю-
ченному через измерительную схему, учитывающую паде-
ние напряжения с нагрузкой. Имеется электромеханиче-
ское реле времени с предельной уставкой 15 мин.
Подобные аппараты выпускаются и многими зару-
бежными фирмами. В таком аппарате MG-300 фирмы
Филипс-Мюллер используется излучатель на 300 кВ
(с масляной изоляцией) с двухфокусной рентгеновской
трубкой с фокусами 1,5X1,5 и 4x4 мм. При напряже-
нии 300 кВ трубка может работать соответственно с то-
ками 4 и 10 мА. Фирма выпускает также излучатель
с газовой изоляцией (под давлением), в котором приме-
нена рентгеновская трубка с выносным полым (но неза-
земленным) анодом (рис. 6-7). Защитный кожух также
имеет выносную часть (большего диаметра), в которую
и входит выносной анод трубки. Излучатель предназна-
чается для панорамного просвечивания. Размеры фокуса
трубки 1,5X5 мм; при напряжении 300 кВ трубка может
работать с током 8 мА.
При использовании одного катодного элемента вы-
соковольтного генератора могут применяться рентгенов-
1 В таком виде выпускаются аппараты РУП-150-10.
411
ские излучатели па 150 кВ: а) с трубкой с выносным
полым анодом; размеры фокуса трубки 1,5x5 мм, пре-
дельный режим 150 кВ, 15 мА; б) с двухфокусной труб-
кой с односторонним боковым выходом излучения с фо-
кусами 1,5X1,5 и 4x4 мм и предельными режимами
соответственно 150 кВ, 8 мА и 150 кВ, 20 мА и в) с та-
кой же трубкой, по с выходом излучения через оконце
нз вакуумно-непроницаемого бериллия с фокусами 0,4X
Рис. 6-7. Рентгеновский излучатель па на-
пряжение 300 кВ с рентгеновской трубкой
с полым (незаземлеппым) анодом.
Х0,4 и 2,5X2,5 мм и предельными режимами соответст-
венно 150 кВ, 3 мА и 150 кВ, 12 мА.
Западногерманская фирма Зейферт выпускает аппа-
рат «Пзовольт-400» со сглаженным напряжением, подоб-
ный описанным, но на предельный режим 400 кВ, 10 мА.
В состав аппарата входит рентгеновский излучатель
(с масляной изоляцией) с рентгеновской трубкой па
400 кВ, соединяемый с катодным и анодным элементами
высоковольтного генератора высоковольтными кабелями
на 200 кВ. Рентгеновская трубка имеет два фокуса с раз-
мерами 1,8X1,8 и 4X4 мм и при напряжении 400 кВ мо-
жет работать с токами соответственно 4 и 10 мА.
Переходим вновь к рассмотрению реитгснодсфекто-
скопических аппаратов с излучателями в виде монобло-
ков и именно на напряжения 300 кВ и более, сравнитель-
но мощных и массивных.
Имеются аппараты «Бальтограф» фирмы Бальто
с моноблоками, в которых трубка работает на пульси-
412
рующем и даже сглаженном напряжении. В этих моно-
блоках применяются выпрямительные схемы с исполь-
зованием в качестве высоковольтных вентилей селеновых
выпрямителей. Па рис. 6-8 изображен моноблок аппара-
та «Бальтограф RE 320/14» с поддерживающим его шта-
тивом-тележкой. Аппарат рассчитан на предельный ре-
Рис. 6-8. Моноблок рентгенсщсфектоскопи-
ческого аппарата «Бальтограф RE 320/14».
жим 320 кВ, 14 мА. В моноблоке применена газовая
изоляция. Масса моноблока 220 кг. В моноблоке исполь-
зуется рентгеновская трубка с проточным масляным
охлаждением; размеры фокуса трубки 3,6X3,6 мм.
В моноблоке применено однополупериодное питание
рентгеновской трубки. Как уже указывалось (§ 4-3),при
использовании полупроводниковых выпрямителей и ма-
лой величине емкости, параллельной рентгеновской труб-
ке (что имеет место в рассматривасмолм моноблоке), при-
менение обычной однополупериодной вентильной схемы
(рис. 4-14 и 4-16) не рекомендуется. Поэтому здесь ис-
пользована видоизмененная схема, изображенная на
413
Рис. 6-9. Принципиаль-
ная электрическая схе-
ма моноблока аппарата
«Бальтограф RE 320/14».
рис. 6-9. В рабочий полупериод вентили 14 и 14 пропу-
скают ток, вентили же V3 и 14 находятся под обратным
напряжением, которое вызывает незначительный ток
утечки в этих вентилях. При переходе к холостому полу-
периоду рентгеновская трубка оказывается практически
полностью закороченной вентилями У3 и 1/4; в цепи, об-
разованной всеми четырьмя вентилями, проходит незна-
чительный ток, обусловленный
утечками в вентилях У1 и 14.
Аппарат имеет плавные регу-
лировки напряжения па трубке и
анодного тока трубки с возмож-
ностью предварительной установ-
ки режима. Имеется стабилиза-
ция анодного тока. По желанию
в составе аппарата может быть
использован более сложный пульт
управления, обеспечивающий
также стабилизацию напряжения
на трубке.
В аппарате «Бальтограф RE 400/10», рассчитанном
на предельный режим 400 кВ, 10 мА, излучателем явля-
ется моноблок, в котором двухфокусная рентгеновская
трубка питается сглаженным напряжением. Размеры фо-
кусов трубки—1,5X1,5 и 4X4 мм. В моноблоке приме-
нена газовая изоляция. Масса моноблока — 750 кг.
Имеются рентгенодефектоскопические аппараты, в мо-
ноблоках которых используются секционированные рент-
геновские трубки с выносным полым анодом. Рассмо-
трим отечественный аппарат РУП-400-5, рассчитанный на
предельный режим 400 кВ, 5 мА, с секционированной
рентгеновской трубкой типа 1,5-БПВ-400. Аппарат позво-
ляет рентгенографировать изделия из сплавов на основе
железа толщиной до 100 мм. В моноблоке этого аппара-
та применен каскадный высоковольтный трансформатор
(рис. 6-10).
Каскадный высоковольтный трансформатор состоит
из трех ступеней: в каждой из лервых двух ступеней
имеются первичная и передаточная обмотки и две высо-
ковольтные секции; в третьей ступени передаточная об-
мотка отсутствует и ее место занимает обмотка накала.
Передаточные обмотки служат как для передачи энергии
(в каждой ступени) в анодную цепь трубки, так и для
питания накала. Таким образом, накал трубки изменя-
414
ется вместе с изменением высокого напряжения. Отдель-
но накал трубки можно регулировать, настраивая рео-
стат накала, находящийся во вторичной цепи накала;
управление реостатом производится при помощи двух
шнуров, выходящих из мо-
ноблока.
В трансформаторе ши-
роко применяется метод
ступенчатой изоляции.
В каждой ступени каска-
да -средняя точка двух
высоковольтных секций
'соединена с магнитопро-
водом, а концы секции —
с первичной и 'передаточ-
ной обмотками. В резуль-
тате внутри ступеней ка-
скада напряжение, иепо-
редственно воздействую-
щее на изоляцию, -равня-
ется всего лишь, 1/6 пол-
ного напряжения транс-
форматора.
Схематический разрез
моноблока представлен
на рис. 6-11. Оригиналь-
ная конструкция ступени
трансформатора позволи-
ла расположить рентге-
новскую трубку на цен-
тральной оси моноблока.
Обмотки 'ступени охваты-
Рнс. 6-10. Принципиальная элек-
трическая схема моноблока отече-
ственного рентгенодефектоскопиче-
ского аппарата РУП-400-5 на
400 кВ.
ваются магиитопроводом,
собираемым из пластин сложной формы. В моно-
блоке используется масляная изоляция. Для вырав-
нивания электрического поля введены экраны: при
этом наружный! экран электрически соединяется с кон-
цом второй ступени каскада, так что между этим
экраном и кожухом моноблока действует не пол-
ное напряжение трансформатора, а только две трети.
Высота моноблока (без трубки) 0,95 м, диаметр 0,55 м,
масса 350 кг. Моноблок или укрепляется на штативе-те-
лежке, или может транспортироваться при помощи подъ-
емного крана.
415
Рис. 6-11. Схематический разрез мо-
ноблока аппарата РУП-400-5.
1—3 — ступени каскада; 4 и 5 — бакелито-
вые трубы; 6 и 7 — экраны.
Рентгеновская труб-
ка имеет магнитную
фокусировку. Управле-
ние током фокусирую-
щей катушки, как и
электрическое управле-
ние аппаратом в целом,
сосредоточено в не-
большом передвижном
пульте. Регулировка
напряжения — плавная
при помощи вариато-
ра. Аппарат имеет ре-
ле времени на 30 мин.
Ввиду весьма высо-
кого напряжения и
сравнительно большой
величины внутренних
емкостей эти послед-
ние оказывают суще-
ственное влияние на
работу каскадного
трансформатора. Вто-
ричный емкостный ток
трансформатора (в
нижней ступени, ’соеди-
ненной с землей) до-
стигает при холостом
ходе 25 мА, -в то время
’как ток нагрузки равен
5 мА. Емкости распре-
деляются вдоль вторич-
ных обмоток неравно-
мерно, так как к емко-
стям, образуемым вто-
ричными обмотками,
добавляются емкости
между внутренним и
внешним экранами и между внешним экраном и кожу-
хом, которые особенно значительны.
Каскадный трансформатор имеет повышенное рассея-
ние. Весьма значителен и его намагничивающий ток.
В итоге даже при холостом ходе коэффициент трансфор-
мации по напряжениям заметно отличается от коэффи-
416
циента трансформации по виткам, а распределение на-
пряжения между ступенями каскада может отклоняться
от равномерного, причем и то и другое зависит от вели-
чины первичного напряжения. При поминальном его зна-
чении имеет место искажение формы кривой вторичного
напряжения.
При работе с рентгеновской трубкой сказывается
одиополупериодный характер нагрузки. Имеет место
дальнейшее искажение формы кривой вторичного напря-
жения. Зависимость падения напряжения и разности
максимумов полуволн от тока нагрузки отличается от
рассмотренной в § 4-2.
В отечественном рентгенодефектоскопическом аппара-
те РТД-1 на напряжение 1 000 кВ и ток до 3 мА также
используется секционированная рентгеновская трубка
с выносным полым анодом (Л. 278 и 279]. Источником
высокого напряжения в моноблоке является резонансный
трансформатор; изоляционной средой служит газ (азот
с добавлением 10% элегаза или фреона-12) под давле-
нием 150 Н/см2. Конструктивная схема моноблока при-
мерно такая же, как -и в моноблоке с резонансным транс-
форматором, изображенном на рис. 5-78. Рентгеновская
трубка располагается по оси моноблока внутри обмоток
трансформатора. Масса моноблока (с защитным чехлом,
окружающим выносной анод) —900 кг.
Принципиальная электрическая схема аппарата пред-
ставлена на рис. 6-12. Индуктивность рассеяния вторич-
ной обмотки трансформатора и его емкости образуют ко-
лебательный контур с собственной частотой в пределах
450—500 Гц. Аппарат получает питание от генератора
такой частоты. Магнитный поток вторичной обмотки за-
мыкается через стальное ярмо, набранное из отдельных
полос листовой стали, скрепленных со стальным кожу-
хом моноблока по всему его диаметру. Накал трубки
питается от отдельной обмотки резонансного трансфор-
матора. Регулировка тока накала трубки осуществляет-
ся посредством электродвигателя, располагаемого на
корпусе моноблока и соединенного изоляционным валом
с устройствами блока накала катода, предназначаемыми
для поддержания установленного значения анодного то-
ка трубки.
Рентгеновская трубка имеет управляющую сетку,
с -помощью которой обеспечивается отсечка анодного то-
ка: ток проходит лишь в ту часть полупериода, когда
27—1434
417
Напряжение на трубке близко к максимуму. Для пита-
ния системы отсечки используется емкостный ток резо-
нансного трансформатора текущий на землю через высо-
ковольтный электрод. Так как емкостный ток пропорцио-
нален вторичному напряжению резонансного трансфор-
матора, то прибор, измеряющий этот ток, можно програ-
Рис. G-12. Принципиаль-
ная электрическая схема
моноблока отечественно-
го реитгеиодефектоско-
пического аппарата
РТД-1 на 1 000 кВ.
1 — первичная обмотка резо-
нансного трансформатора;
2 — вторичная обмотка; 3 —
рентгеновская трубка; 4 —
блок накала катода; 5 —
блок отсечки анодного тока:
6 — фокусирующая катушка;
7 — высоковольтный элек-
трод; 8 — емкостный дели-
тель; 9 — блок стабилизации
напряжения; 10 — блок сило-
вого питания от электриче-
ской сети; // — двигатель;
/2 — генератор; 13 — тахоге-
нератор; 14 — блок стабили-
зации частоты.
дуировать в киловольтах и использовать для контроля
напряжения на трубке.
Напряжение на трубке поддерживается неизменным
с помощью системы стабилизации напряжения питающе-
го генератора. Имеется также система стабилизации ча-
стоты.
Рентгенодефектоскопические аппараты на 1 000—
2 000 кВ, имеющие моноблоки с резонансными трансфор-
маторами и секционированными рентгеновскими трубка-
ми, были разработаны впервые фирмой Дженерал Элек-
трик [Л. 280—282]. Затем такие аппараты стали приме-
няться для глубокой рентгенотерапии (§ 5-10). Одновре-
менно эта аппаратура была предложена также для ис-
пользования электронных пучков [Л. 283]. Рентгеновская
418
трубка в этом случае заменяется ускорительной трубкой
с выпуском электронов б атмосферу1. Аппарат РТД-1
также может быть применен для этой цели.
В [Л. 284] описываются аппараты, называемые уско-
рителями-трансформаторами, представляющие собой
мощные моноблоки с секционирован-
ными ускорительными трубками,
предназначаемые в первую очередь
для выпуска электронов в атмосфе-
ру, по также и для получения рент-
геновского излучения. В аппаратах
типа ЭЛТ используются трансфор-
маторы, работающие на напряже-
ние обычной частоты 50 Гц, в аппа-
ратах типа ЭЛИТА — импульсные
трансформаторы с ударным воз-
буждением (трансформаторы Тес-
ла). В отличие от рапсе упоминав-
шихся резонансных трансформато-
ров они имеют собственную частоту,
отличную от частоты питающей се-
ти и равную обычно нескольким де-
сяткам килогерц.
Принципиальная электрическая
схема такого аппарата представле-
на на рис. 6-13. Конденсатор С\ за-
ряжается перед очередным импуль-
сом. Собственные частоты первич-
ного и вторичного контуров, образо-
ванных емкостями Ci и распределен-
ной емкостью С2 вторичного контура
костью вторичной обмотки), а также
Рис. 6-13. Схема пи-
тания двухэлектрод-
ной импульсной труб-
ки с помощью резо-
нансного трансформа-
тора повышенной ча-
стоты.
(в основном — ем-
индуктивностями
рассеяния трансформатора, одинаковы.
После замыкания первичной цепи (с помощью ионно-
го контактора) в первичном и вторичном контурах воз-
никают электрические колебания, при которых энергия,
накопленная в конденсаторе Сц•передается емкости С2
и расходуется на ускорение электронов в трубке.
Аппарат ЭЛИТА-1 рассчитан на напряжение 1 000 кВ;
максимальное значение тока в импульсе 10 А, средняя
1 Разработке аппаратуры для использования электронных пуч-
ков в последние 10—15 лет уделялось большое внимание в связи
с применением этих пучков в технологических целях (§ 1-6). Некото-
рые из этих аппаратов могут быть использованы также для получе-
ния рентгеновского излучения.
27* . 419
мощность 8 кВт, длительность импульсов 4 мкс, макси-
мальная частота повторения импульсов 300 Гц. Аппарат
ЭЛИТА-500 рассчитан на напряжение 500 кВ; макси-
мальный ток в импульсе 1,5 А, средняя мощность 1 кВт.
В обоих аппаратах применяются специально для них
разработанные (металлокерамические) отпаянные труб-
ки. В первом аппарате могут использоваться трубки как
для выпуска электронов, так и для создания рентгенов-
ского излучения, во втором — только для последней цели.
Изоляционной средой в моноблоках является газ SF6
под давлением. Массы моноблоков соответственно 120
и 40 кг.
Аппараты типа ЭЛИТА разработаны па напряжения
до 3 000 кВ и предназначаются, как уже указывалось,
в первую очередь: для выпуска электронов в атмосферу.
Хотя они и называются импульсными, однако рассчита-
ны на длительную работу (при расчетной средней мощ-
ности).
Рассмотрим теперь мощные импульсные аппараты,
предназначаемые в первую очередь для рентгенографи-
рования быстро протекающих процессов. Такая отечест-
венная аппаратура «открытого» типа описана в (Л. 286].
Здесь применяются двухэлектродные импульсные труб-
ки, работающие по принципу рис. 4-58,а и рассчитанные
на напряжения 1—5 МВ. Для питания этих трубок ис-
пользуется схема Аркадьева — Маркса (рис. 4-61).
Для этих же целей предназначается также аппара-
тура типа «Фекситрон» и «Фебетрон» на напряжения до
2 МВ фирмы Филд Эмшин Корпорейшн. Аппараты типа
«Фекситрон» предназначены для получения рентгенов-
ского излучения, аппараты типа «Фебетрон» — как для
получения рентгеновского излучения, так и для выпуска
электронов в атмосферу.
Аппарат «Фебетрон-701» па напряжение 600 кВ, в ко-
тором используются рентгеновские (или ускорительные)
трубки на это напряжение, работает по принципу, пред-
ставленному на рис. 4-59,а.
Аппарат выпускается в двух модификациях: а) высо-
ковольтный генератор («пульсер») представляет собой
моноблок и б) рентгеновская (или ускорительная) труб-
ка вынесена в отдельный защитный кожух, соединяемый
с «пульсером» высоковольтным -коаксиальным кабелем.
В высоковольтном генераторе применена схема Аркадье-
ва— Маркса, получающая питание через выпрямитель
4?0
на 30 кВ, давая тем самым 20-кратное увеличение напря-
жения в импульсе. Изоляционной средой является газ
(фреон) под давлением. Разрядники имеют вид электро-
вакуумных приборов, в которых извне можно изменять
давление газа, регулируя этим наряду с изменением
входного напряжения напряжение па трубке. Таким об-
разом, на щите управления имеются две системы регу-
лирования и контроля давления газа: а) для всего объе-
ма «пульсера» и б) для разрядников.
Использование аппаратов «Фекситрон» для скорост-
ной рентгенографии описано в [Л. 287], аппаратов «Фе-
бетрон»— для одновременной скоростной рентгено- и
электрографии в {Л. 288, 289]. Аппараты «Фебетрон» мо-
гут быть также использованы для выпуска электронов
в атмосферу в технологических целях.
Как уже указывалось в начале этого параграфа, ос-
новным методом рентгенодефектоскопии являются рент-
геновские снимки. В отдельных случаях применяется
рентгеновское визуальное просвечивание, как правило,
с использованием усилителей яркости рентгеновского
изображения, а в некоторых случаях и рентгенотелеви-
дения.
Устройство для визуального просвечивания выпуска-
ется фирмой Зейферт. Оно представляет собой защитную
кабину, внутри которой располагаются рентгеновский из-
лучатель и контролируемое изделие. Последнее распола-
гается на специальной подставке. Эту подставку и рент-
геновский излучатель можно перемещать с тем, чтобы
контролируемое изделие могло ‘просматриваться в раз-
личных направлениях. Изображение можно рассматри-
вать на экране для просвечивания или применять элек-
тронно-оптический усилитель яркости рентгеновского изо-
бражения (РЭОП), который перемещается на место
экрана.
6-2. РЕНТГЕНОВСКИЕ МИКРОСКОПЫ
В последнее десятилетие довольно широкое распро-
странение получили три вида рентгеновской микроско-
пии: теневая (проекционная), телевизионная и дифрак-
ционная.
Теневая рентгеновская микроскопия [Л. 294] — обыч-
ное рентгеновское просвечивание с двумя особенностя-
ми: в качестве источников рентгеновского излучения ис-
28—1434 421
Пользуются мягкблучевые рентгеновские трубки с фоку-
сом размерами 1 —100 мкм; исследуемый образец распо-
лагается очень близко (0,5—2 мм) к фокусу, а рентге-
новская пленка, наоборот, на большом расстоянии от
фокуса и объекта.
Такое расположение позволяет получать увеличенные
рентгеновские изображения, причем увеличение Ж опре-
деляется как отношение расстояния от фокуса до пленки
к расстоянию от фокуса до объекта. В рентгеновской
теневой микроскопии Ж = 10-4-200 с дополнительным фо-
тоувеличением Ж = 750-4-4 500. Предельное разрешение
рентгеновской теневой микроскопии 0,2—1 мкм, такое
же как у оптической и в 100—1 000 раз ниже, чем у элек-
тронной.
В отличие от оптической рентгеновская микроскопия
позволяет получать изображения объектов, непрозрач-
ных для видимого света и значительно большей толщи-
ны. Последнее связано с тем, что при достаточно боль-
ших увеличениях глубина резкости оптического микро-
скопа очень мала: фактически видны лишь очень тонкие
слои объекта, тогда как при рентгеновской микроскопии
на пленку проектируется вся толщина объекта.
Важнейшим преимуществом рентгеновской теневой
микроскопии перед электронной является возможность
просвечивания относительно толстых объектов в атмос-
фере, что особенно важно для биологических объектов.
Это значительно упрощает подготовку исследуемых об-
разцов для рентгеновской микроскопии.
Важной особенностью рентгеновской микроскопии
является то обстоятельство, что поглощение рентгенов-
ских лучей отдельными участками исследуемых образцов
является функцией их плотности и химического состава,
что позволяет получать соответствующую информацию.
В качестве микрофокусиых источников для высоко-
разрешающей рентгеновской теневой микроскопии при-
меняются отечественные промышленные отпаянные рент-
геновские трубки БС-1 и БС-2 (Л. 295], важнейшие пара-
метры которых представлены в табл. 6-1.
В трубке БС-1 электроны, эмиттируемые катодом,
фокусируются катодной головкой, на которую подается
принудительное отрицательное по отношению к катоду
напряжение.
Сфокусированный и ускоренный электронный пучок
по оси выносного анода попадает на топкий металличе-
422
Таблица 6-1
Параметры БС-1 без маг- нитной фокуси- ровки БС-1 с магнит- ной фоку- сировкой БС-2
Номинальное анодное напряжение, кВ Предельно допустимая мощность на 45 45 10
аноде, Вт 4,5 • 2,25 0,02
Диаметр фокуса, мкм 100 15 1
Фокусное расстояние, мм 0,5 0,5 2
ский слой, нанесенный на торцевое бериллиевое окно,
через которое выходит широкорасходящийся пучок рент-
геновых лучей.
В трубке БС-2 электроны, эмиттируемые катодом, фо-
кусируются на острие игольчатого анода. Мягкое рентге-
новское излучение выходит навстречу электронному по-
току через торцевое бериллиевое окно, на 'поверхности
которого обычно располагается исследуемый объект.
Микрофокусные трубки являются основой рентгенов-
ских микроскопов.
Ввиду того, что предельно допустимые мощности ми-
крофокусных источников излучения очень малы (0,02—
5 Вт), наиболее целесообразным путем построения схем
Рис. 6-14. Структурная схема питания рентгеновского микро-
скопа.
/ — выпрямитель питания высокочастотного транзисторного преобразо-
вателя: 2 — высокочастотный транзисторный преобразователь; 3 — схе-
ма умножения высокого напряжения; 4 — низковольтный выпрямитель
ни гания накала.
их высоковольтного питания является создание -высоко-
частотных (2—5 кГц) транзисторных преобразователей
напряжения, структурная схема которых представлена
на рис. 6-14.
Построенный по этой схеме на трубке БС-2 отечест-
венный промышленный рентгеновский микроскоп МИР-2
представлен на рис. 6-15.
28* 423
Рентгеновский микроскоп состоит из двух блоков!
блок питания (слева), на передней панели которого
установлены кнопки включения и выключения высокого
напряжения, ручки регулировки высокого напряжения
и анодного тока и приборы их контроля;
собственно рентгеновский микроскоп (справа) вклю-
чает в себя оптический микроскоп для точной установки
исследуемых участков образцов, рентгеновскую трубку
Рис. 6-15. Рентгеновский микроскоп МИР-2.
БС-2, предметный столик для перемещения образца и
кассеты с рентгеновской пленкой.
Микроскоп позволяет получить предельное разреше-
ние ’1 мкм, рентгеновское увеличение 10—150, рабочее
напряжение 3—10 кВ, время экспозиции 10—120 мин,
общая масса микроскопа МИР-2 около 40 кг.
Рентгенотелевизионные микроскопы предназначены
для наблюдения макроструктуры непрозрачных объек-
тов.
На рис. 6-16 представлена структурная схема рентге-
нотелевизионных микроскопов. Рентгеновское излучение,
выходящее из острофокусной рентгеновской трубки,
проходит через исследуемый образец и дает его
теневое рентгеновское изображение на входе рентген-
видикона.
Рентген-видикон — передающая телевизионная труб-
ка, на входном экране (мишени) которой рентгеновские
лучи ,в зависимости от их интенсивности в данной точке
образуют то или иное распределение зарядов по поверх-
424
ности мишени — потенциальный рельеф. Потенциальный
рельеф считывается тонким электронным лучом и, пре-
образованный в электрические сигналы, через передаю-
щий тракт воспроизводится в увеличенном виде на экра-
Рис. 6-1G. Структурная схема рептгептелеьи*
знойного микроскопа.
1 — рентгеновский аппарат с трубкой; 2 — исследуе-
мый объект; 3 — рентгенвидикон; 4 — телевизионный
приемник.
не кинескопа телевизионного приемника. Предельное
разрешение современных рентгенотелевизионных микро-
скопов 30—50 мкм.
На рис. 6-17 и 6-18 представлены отечественные рент-
генотелевизионные микроскопы МТР-ЗИ и МТР-4,
а в табл. 6-2 даны их важнейшие параметры.
Рис. 6-17. Рентгепотелевизионный микроскоп
МТР-ЗИ.
В качестве источников рентгеновского излучения
в рентгентелевизионнОлМ микроскопе МТР-ЗИ использо-
вана рентгеновская трубка 0,3-БПБ-10-150 с фокусом
0,3 мм, питаемая генераторным устройством аппарата
425
РУП-150-10, а в МТР-4 рентгеновская трубка БСВ-7 с
регулируемым фокусом от 50 до 150 мкм.
Дифракционная рентгеновская микроскопия представ-
ляет собой совокупность методов изучения микроскопи-
Рпс. G-18. Рептгспотелсвизионпып микро-
скоп МТР-4.
ческого строения твердых тел с помощью дифракции
рентгеновых лучей на кристаллической решетке.
Аппараты для дифракционного анализа рассмотрены
в следующем параграфе.
Таблица 6-2
Параметры отечественных промышленных
р ентгеноте л ев и зион ны х ми крое ко по в
Параметры МТР-ЗИ МТР-4
Увеличение размеров объекта 15—30 15—50
Диаметр мишени рентген-видикона, мм . 18 18
Предельная разрешающая способность, пар ли- ни й/мм < 20 30
Предельная контрастная чувствительность, % . • . 3 3
Пределы регулировки анодного напряжения на рентгеновской трубке, кВ 30—150 0-45
Максимальная просвечиваемая толщина (по алю- минию), мм 30 -4,5 •
Потребляемая мощность, кВт 3,5 0,75
Масса комплекта, кг 1 500 370
426
6-3. РЕНТГЕНОВСКИЕ АППАРАТЫ ДЛЯ СТРУКТУРНОГО
АНАЛИЗА
Рентгеноструктурный анализ за последние 10—15 лет
получил большое развитие 'благодаря использованию
электрической регистрации дифракционной картины с по-
мощью счетчиков частиц. Как уже указывалось (§ 1-6),
аппараты, предназначаемые для такой регистрации, на-
зываются дифрактометрами. Устройства для регистра-
ции интенсивности рентгеновского излучения являются
в дифрактометрах доминирующей частью и дальнейшее
развитие дифрактометров происходит в первую очередь
в направлении совершенствования именно этих
устройств. В рамках этой книги не представляется воз-
можным систематически изложить принципы действия
этих устройств. Мы. ограничимся лишь самыми общими
представлениями о них, основное же внимание уделим
рентгеновским излучателям и питающим устройствам.
Рентгеновские трубки для структурного анализа, как
правило, предназначаются для работы с заземлением
анода, что позволяет для охлаждения использовать во-
допровод. Излучение выходит из трубки через топкие
оконца из вакуумно-непроницаемого бериллия; число
выходных окон у трубок различных типов колеблется
в пределах от 2 до 4. Напомним, что зеркала анодов тру-
бок для структурного анализа изготовляются из различ-
ных металлов. Предельно допускаемая (длительная)
мощность трубки помимо размеров фокуса зависит так-
же от материала зеркала. Наибольшие нагрузки допус-
кают зеркала из вольфрама, молибдена, меди и серебра.
Некоторые типы отечественных трубок описаны в ГЛ. 2981.
Переходя к описанию аппаратов, остановимся вначале
па аппаратах, предназначенных для Фотографической
регистрации. Отечественный аппарат УРС-55а настоль-
ного типа (рис. 6-19) Рассчитан ня предельные режимы
55 кВ, 30 мА и 40 кВ, 40 мА. Источником излучения
является рентгеновская трубка типа БСВ-2, работаю-
щая с заземлением анода. В аппарате используется
однополупериодная безвептпльная схема. Главный транс-
форматор и трансформатор накала помещены в бак,
наполненный трансформаторным маслом. Рентгеновская
трубка располагается вертикально в Фарфоровом гнез-
де, крепящемся на верхней крышке бака, и окружена
защитным кожухом. Нижний (катодный) конец трубкй
опирается на высоковольтный вывод, соединенный cd
427
вторичной обмоткой главного трансформатора. Аппарат
имеет интенсивное водяное охлаждение: вода из водо-
провода поступает в анод рентгеновской трубки, а за-
тем— в охлаждающую систему бака; имеется блокиров-
ка, автоматически отключающая высокое напряжение
при пониженном давлении и прекращении подачи воды.
Управление сосредоточено на небольшом пульте. Ап-
парат имеет ступенчатую автотрансформаторную регу-
Рис. 6-19. Аппарат для структурного анализа
УРС-55а настольного типа.
лировку напряжения и плавную регулировку тока. Для
стабилизации накала-трубки имеется феррорезонансный
стабилизатор. Аппарат имеет так называемые «электри-
ческие часы выдержки», работающие при включенном
высоком напряжении; интервал действия часов — от 20
мин до 60 ч.
Две камеры, в которых размещаются исследуемые
образцы и рентгеновская'пленка, устанавливаются с про-
тивоположных сторон анодной головки трубки, высту-
пающей из защитного кожуха, на съемных подставках,
укрепляемых на защитном кожухе. При желании каме-
ры'могут располагаться прямо на столе; в этом случае
трубке должно быть придано горизонтальное положение,
для чего бак кладется на боковую стенку.
В отечественном настольном аппарате МАРС-1 ис-
пользована микрофокусная рентгеновская трубка типа
БСВ-5 на напряжение .45 кВ и ток 0,45 мА, работающая
428
с заземлением не анода, а 'катода; трубка имеет круглый
фокус диаметром 0,04 мм. Схема электродов трубки
представлена на рис. 6-20,а. Источником электронов слу-
жит верхняя часть катодной петельки. Фокусирующее
устройство, окружающее петельку, присоединяется к ней
через регулируемый резистор, по которому проходит
анодный ток, создающий на
фокусирующем устройстве
отрицательное смещение.
Форма фокусирующего
устройства и смещение при-
водят к образованию на ано-
де круглого микрофокуса,
приближающегося к точеч-
ному. Трубка имеет радиа-
торное охлаждение анода.
В аппарате используется
схема удваивания со сгла-
женным напряжением. В ка-
честве высоковольтных вен-
тилей используются селено-
вые выпрямители. Высоко-
вольтный генератор, разме-
щенный в баке с трансформа-
торным маслом, находится
в пульте управления, рентге-
новская трубка расположена
Рис. 6-20. Схема электродов
в микрофокуспых рентгенов-
ских трубках для структурного
анализа.
а — в трубке типа БСВ-5; б —
в трубке типа БСВ-7.
в отдельном защитном ко-
жухе и соединяется с высоковольтным генератором вы-
соковольтным кабелем, образуя автономный излучатель,
который укрепляется вертикально на специальной стой-
ке. Две камеры устанавливаются на подставках, преду-
смотренных на защитном кожухе.
Аппарат присоединяется к сети через стабилизатор
с дросселем насыщения. В аппарате имеются ступенчатая
автотрансформаторная регулировка напряжения и плав-
ная регулировка тока; имеется защита трубки от пере-
грузки, осуществляемая с помощью токового реле.
Дальнейшим развитием является аппарат МАРС-2,
в котором используется рентгеновская трубка типа
БСВ-7 на напряжение 45 кВ и ток 2,5 мА, работающая
с заземленным анодом. Трубка имеет линейный фокус,
видимые размеры которого под углом 3° составляют
0,1 Х0,1 мм. Схема электродов трубки представлена на
рис. 6-20,6.
429
На рис. 6-21 изображен стационарный отечественный
аппарат УРС-60 на напряжение 60 кВ и ток до 20 мА.
Аппарат может работать с рентгеновскими трубками ти-
пов БСВ-2, БСВ-4 и БСВ-6, причем предусматривается
одновременная работа двух трубок. Все указанные труб-
ки работают с заземлением анода. Для охлаждения апо-
Рпс. 6-21. Аппарат для структурного анализа УРС-60.
да используется водопровод. В аппарате имеется блоки-
ровка, автоматически отключающая высокое напряжение
при пониженном давлении и прекращении подачи воды.
Рентгеновские трубки располагаются в защитных ко-
жухах, соединяемых посредством высоковольтных кабе-
лей с высоковольтным генератором. На рис. 6-21 один
кожух показан укрепленным в середине оперативного
стола (внутри которого размещен высоковольтный гене-
ратор), а другой кожух — на боковой стоике. Камеры,
предназначаемые для трубки в первом кожухе, устанав-
ливаются на специальных подставках вокруг анодной
головки трубки, выступающей из кожуха. При желании
оба кожуха могут быть укреплены на боковых стойка'х;
камеры в этом случае устанавливаются на отдельном
430
столике. Аппарат‘приспособлен также для работы с труб-
ками, требующими заземления катода, однако кожухи
для таких трубок не предусмотрены.
В аппарате используется схема удваивания со сгла-
женным напряжением. В качестве высоковольтных вен-
гилей используются кенотроны типа КРМ-80. Рис. 6-22
поясняет переход от заземления анода к заземлению ка-
рие. 6-22. Высоковольтная схема аппарата УРС-60.
п — при заземлении анода трубки; б — при заземлении катода
трубки.
тода. Держатели, служащие для крепления кенотронов
в высоковольтном генераторе, позволяют изменять поло-
жение кенотронов на 180° при таком переходе. В итоге
для осуществления перехода добавления лишь два транс-
форматора накала, из которых один нс требует высоко-
вольтной изоляции, поскольку соединен с заземленным
выводом.
В аппарате применены ступенчатая регулировка на-
пряжения и плавная регулировка тока трубки. Напря-
жение на трубке контролируется магнитоэлектрическим
прибором, проградуированным в киловольтах и вклю-
ченным в цепь высоковольтного делителя, который при-
соединен параллельно трубке. Присоединение к сети осу-
ществляется через феррорезопансный стабилизатор мощ-
ностью 2 кВ-А, предназначаемый для автоматической
коррекции сети. Имеется также электронный стабилиза-
тор анодного тока, подобный описанному в § 3-11; его
можно использовать для одной трубки при заземлении
анода.
Принципы рентгеновской дифрактометрии рассматри-
ваются в [Л. 299]. Первые отечественные дифрактометры
описаны в [Л. 300].
431
Отечественный дифрактометр общего назначения
ДРОН-1 (рис. 6-23) предназначается для следующих
рентгеноструктурных исследований: а) общий структур-
ный анализ (фазовый анализ, исследование напряжений
и т. ть), б) исследование преимущественных ориентиро-
вок (текстур), в) исследование монокристаллов. Аппарат
Рис. 6-23. Рентгеновский дифрактометр общего назначения
ДРОН-1.
/ — оперативный стол; 2 — рентгеновский излучатель (рентгеновская
трубка в защитном кожухе); 3 — гониометрическое устройство; 4 —
сцинтилляционный счетчик частив; 5 — счетно-регистрирующее
устройство.
рассчитан на предельные режимы 50 кВ, 30 мА и 25 кВ,
60 мА. В 'качестве источника излучения используются
рентгеновские трубки типов БСВ-8 и БСВ-9, работающие
с заземлением анода; для охлаждения используется во-
допровод, имеются соответствующие блокировки.
Питающее устройство аппарата ДРОН-1 сходно с пи-
тающим устройством аппарата УРС-60. Здесь также ис-
пользуется схема удваивания со сглаженным напряже-
нием, только в качестве высоковольтных вентилей вместо
кенотронов применены селеновые выпрямители. В аппа-
рате предусмотрено постоянное заземление положитель-
ного полюса. Пульсации напряжения при режиме 50 кВ,
30 мА не превышают 4%.
В аппарате имеется стабилизатор с дросселем насы-
щения (типа 3-СНД-1М), исполняющий роль автомати-
432
веского корректора сети и электронный стабилизатор
анодного тока трубки, подобный описанному в § 3-11.
Регулировка напряжения — ступенчатая, автотрансфор-
маторная, регулировка анодного тока — ступенчатая
с плавной подрегулировкой в пределах ступеней. Напря-
Рис. 6-24. Блок-схема дифрактометра ДРОН-1.
жение на трубке контролируется тем же способом, что
и в аппаратуре УРС-60.
Опишем в общих чертах систему электрической реги-
страции в аппарате ДРОН-1, дающую зависимость ин-
тенсивности дифрагированного исследуемым образцом
рентгеновского излучения от угла дифракции. Пучок
рентгеновских лучей, выходящий из окна рентгеновской
трубки, попадает через входное щелевое устройство го-
ниометра на исследуемый образец, укрепленный в центре
гониометра (рис. 6-24). Лучи, отражаемые от образца,
попадают на сцинтилляционный счетчик частиц, причем
интенсивность этих лучей зависит от угла отражения
433
(угла дифракции) Гониометр служит для вращения об-
разца и счетчика и для точного измерения углов их по-
ворота. Отсчет углов дифракции (относительно направ-
ления первичного пучка) производится с точностью до
0,005°. В гониометре осуществлены раздельное и совме-
стное (с отношением 2:1) вращения счетчика и
образца, которые могут производиться вручную или элек-
тродвигателем с одной из 10 скоростей от 1/32 до 16°
в минуту.
Импульсы со счетчика частиц подаются па широко-
полосный усилитель счстно-регистрирующсго устройства
и далее в дифференциальный дискриминатор, настроен-
ный на пропускание импульсов с амплитудами, соответ-
ствующими регистрируемому участку рентгеновского
спектра. При непрерывном движении счетчика скорость
поступления импульсов регистрируется с помощью изме-
рителя скорости счета и самописца. При этом вращение
образца и счетчика синхронизируется с движением бума-
ги в приборе. Для корректировки неравномерности дви-
жения ленты самописца служит отметчик углов поворота
счетчика. Сигнал отметки поступает па измеритель ско-
рости счета от блока сканирования и цифропечаги, на-
ходящегося внутри оперативного стола.
При шаговом перемещении счетчика число импульсов
или время их накопления регистрируется пересчетным и
цифропечатающим устройствами. При этом с выхода пе-
ресчетиого устройства снимается 1 импульс на 10 или
100 импульсов па его входе; такое уменьшение необходи-
мо для четкой работы цифропечатающего устройства,
обладающего заметной инерцией. Запись и ступенчатое
перемещение счетчика обеспечиваются блоком сканиро-
вания и цифропечати и осуществляются через интервалы
1; 0,1 и 0,01°. Более подробно работа регистрирующих
устройств дифрактометра ДРОН-1 рассматривается
в [Л. 301].
Для рентгеноструктурных исследований образцов при
высокой температуре.— до + 1 500°С в вакууме и до
+ 1 200 °C в атмосфере инертного газа и в воздухе —
к дифрактометру ДРОН-1 должно быть добавлено спе-
циальное устройство УРВТ-1 500, а для исследований при
низких температурах — до минус 190 °C — специальное
устройство КРН-190. В обоих устройствах предусм-атри-
1 Здесь оставлены без внимания устройства для диафрагмирова-
ния и мопохроматизацни излучения.
434
вастся автоматическое регулирование температуры й её
регистрация.
Для ряда специальных исследований (в основном не-
металлических образцов) необходимо производить изме-
рение интенсивности излучения при очень малых углах
дифракции. Для этих целен служит дифрактометр КРМ-1,
позволяющий производить исследования в широком ин-
тервале температур от минус 125 до плюс 500 °C. Аппа-
рат имеет все устройства, необходимые для электриче-
ской регистрации дифракционной картины, включая спе-
циальный малоугловой гониометр. В аппарате использу-
ется рентгеновская трубка типа БСВ-11; для ее питания
следует использовать питающее устройство аппарата
УРС-60 или ДРОП-1. Дальнейшим развитием является
автоматический малоугловой дифрактометр АМУР-1
[Л. 302].
Японская фирма Ригаку Дэнкн выпускает рентгенов-
ские дифрактометры со специальными рентгеновскими
трубками с 'вращающимся анодом, работающими под от-
качкой и имеющими проточное водяное охлаждение. Та-
кие трубки при фокусе (0,1—0,3)Х(1—3) мм допуска-
ют длительную работу при режиме 50 кВ, 15—40 мА,
а при фокусе 1X10 мм — 50 кВ, 100 мА.
УпомянСхМ коротко о некоторых дифрактометрах спе-
циального назначения. Отечественный дифрактометр
ДРК-2 [Л. 303] предназначен для производственного кон-
троля углов среза кварцевых пластин, применяемых
в качестве резонаторов для стабилизации частоты в со-
временных радиотехнических устройствах. В дифракто-
метре используется рентгеновская трубка типа БСВ-8,
работающая при напряжениях до 35 кВ.
Фирма Ригаку Дэнкн выпускает упрощенный пере-
движной дифрактометр «Стрсппфлекс», позволяющий
контролировать остаточные напряжения в металлических
конструкциях и изделиях без их разрушения.
Отечественный дифрактометр ДРД-4 предназначен
для рентгеноструктурпых исследований радиоактивных
образцов и позволяет регистрировать дифракционные мак-
симумы при наличии излучений исследуемого образца.
Дифрактометр имеет дистанционное управление. Источ-
ником рентгеновского излучения является рентгеновская
трубка типа БСВ-11 с медным зеркалом анода, работаю-
щая при напряжениях до 50 кВ. Такой дифрактометр бо-
лее раннего выпуска описан в [Л. 304].
435
В последние годы большое развитие получают диф-
рактометры, специально предназначаемые для широкого
круга рентгеноструктурных исследований монокристал-
лических образцов. Эти дифрактометры автоматизирова-
ны в очень высокой степени. Описание таких дифракто-
метров дается в [Л. 305, 306].
6-4. РЕНТГЕНОВСКИЕ АППАРАТЫ ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО
АНАЛИЗА
Рентгеноспектральный анализ получает в последние
годы большое развитие благодаря применению, как и при
рентгеноструктурном анализе, электрической регистра-
ции интенсивности рентгеновского излучения, что дает
возможность широко использовать флуоресцентный ме-
тод (§ 1-6).
Рентгеновские трубки для спектрального анализа, как
правило, предназначаются для работы с заземлением
анода, что позволяет приближать исследуемые образцы
к источнику излучения. При этом используется проточное
охлаждение анода от водопровода. Трубки имеют фоку-
сы сравнительно больших размеров. Излучение выходит
через тонкие оконца из вакуумно-непроницаемого берил-
лия. Зеркала анодов, как и у рентгеноструктурных тру-
бок, изготовляются из различных металлов и трубки
имеют в зависимости от этого различную предельно до-
пускаемую (длительную) мощность.
Рассмотрим в качестве основного примера отечествен-
ный рентгеноспектральный аппарат ФРС-2 для флуорес-
центного метода (рис. 6-21). Аппарат позволяет анали-
зировать элементы от кобальта (Z = 27) до йода (Z = 53)
по К-серии и от эрбия (Z = 68) до урана (Z = 92) по L-
серии. Предельные режимы аппарата 50 кВ, 70 мА и
35 кВ, 100 мА. В аппарате используется рентгеновская
трубка типа БХВ-6 с боковым выходом излучения (как
у трубок для структурного анализа); размер видимого
фокуса 5x36 мм. Трубка размещается в защитном ко-
жухе, расположенном на оперативном столе и соединя-
ется с высоковольтным генератором (находящимся вну-
три оперативного стола) с помощью высоковольтного
кабеля.
В аппарате используется схема с шестифазным вы-
прямлением и сглаживающим конденсатором. Пульса-
436
ции напряжения при режиме 50 кВ, 70 мЛ равны пример-
но 5%. Высоковольтный генератор допускает заземление
как положительного, так и отрицательного вывода. При
работе с трубкой БХВ-6 заземляется положительный вы-
вод. В качестве высоковольтных вентилей используются
кенотроны типа КРМ-80. Для питания накала кенотро-
нов используется один трансформатор накала с четырь-
мя вторичными обмотками (одна обмотка питает накал
трех кенотронов, катоды которых соединяются с положи-
тельным выводом высоковольтного генератора), изоли-
рованными от земли и друг от друга на напряжение
50 кВ.
Главная цель аппарата получает питание от трех-
фазной сети через три стабилизатора с дросселями насы-
щения (типа 2-СНД-1), включенных в звезду, вспомога-
тельные цепи — от четвертого такого же стабилизатора,
включенного в одну из фаз питающей сети; этим обеспе-
чивается автоматическая коррекция сети для всех це-
пей. Для стабилизации анодного тока трубки имеется
электронный стабилизатор, подобный описанному в
§3-11.
Регулировка напряжения па трубке — плавная; она
осуществляется посредством вариатора в первичной цепи
главного трансформатора. При режиме 50 кВ, 70 мА пер-
вичные обмотки главного трансформатора соединены
в треугольник, при переходе к пониженным напряжениям
и повышенным токам на звезду. Благодаря этому токи
вариатора при режимах 50 кВ, 70 мА и 35 кВ, 100 мА
отличаются друг от друга сравнительно мало. Регулиров-
ка анодного тока трубки — ступенчатая с плавной подре-
гулировкой в пределах ступеней. Напряжение на трубке
контролируется магнитоэлектрическим прибором, програ-
дуированным в киловольтах и включенным в цепь вы-
соковольтного делителя, который присоединен парал-
лельно трубке.
Опишем в общих чертах систему электрической реги-
страции интенсивности излучения в аппарате ФРС-2
(рис. 6-25). Первичное излучение, генерируемое на аноде
рентгеновской трубки, падая на анализируемый образец,
возбуждает вторичное (флуоресцентное) излучение,
спектр которого содержит спектральные линии элемен-
тов, входящих в состав образца. Флуоресцентное излуче-
ние попадает в левую часть двухканалыюго рентгенов-
ского спектрометра, где разлагается в спектр с помощью
437
изогнутого кристалла-анализатора (по методу Кошуа)1.
Для регистрации спектральных линий служит сцинтил-
ляционный счетчик частиц, перемещающийся по окруж-
ности одновременно с поворотом кристалла; при этом
угол перемещения счетчика в 2 раза больше угла поворо-
та кристалла. Перемещение может осуществляться вруч-
ную или с помощью небольшого электродвигателя.
Рис. 6-25. Рентгено-спектральный аппарат ФРС-2.
1 — сетевой шкаф; 2 — оперативный стол с раположенными на нем
излучателем, спектрометром и двумя счетчиками частиц; 3 — счет-
но регистрирующие устройства.
Для достаточно точного определения процентного со-
держания какого-либо элемента в исследуемом образце
сравнивают интенсивность анализируемой линии (соот-
ветствующей этому элементу) с интенсивностью уже из-
вестной спектральной линии. Это можно осуществлять,
подмешивая известное вещество в строго определенной
пропорции к исследуемому веществу (метод внутреннего
стандарта) или применять отдельные образец и эталон,
осуществляя раздельное измерение интенсивностей (ме-
тод внешнего стандарта) 2 В последнем случае Можно
1 Как и при описании аппарата ДРОН-1, здесь оставлены без
внимания устройства для диафрагмирования и монохроматизации
излучения.
2 Указанные методы пе являются единственными -в рентгено-
спектральном анализе.
438
йройзвбдйть измерения на одном канале одно за другим
или на двух каналах одновременно. Последний способ
имеет то преимущество, что исключает влияние колеба-
ний сетевого напряжения (и иных нестабильностей) па
отношение интенсивностей, которым в первую очередь
определяется точность анализа.
Хотя в аппарате ФРС-2 имеются автоматическая кор-
рекция напряжения сети и стабилизация анодного тока
трубки, колебания интенсивности излучения, обусловлен-
ные колебаниями сетевого напряжения, могут достигать
±2—3%, что в ‘первую очередь объясняется изменением
формы кривой выходного напряжения у стабилизатора
с дросселем насыщения (§ 3-11). Поэтому в аппарате
ФРС-2 применен двухканальный спектрометр, предна-
значаемый для одновременного измерения интенсивно-
стей спектральных линий образца и эталона. Второй ка-
нал спектрометра изображен на рис. 6-25 справа. Струк-
турная схема аппарата ФРС-2 показана на рис. 6-26.
Благодаря применению двухканального метода в со-
став аппарата ФРС-2 входят два счетно-регистрирующих
устройства. Из рис. 6-25 видно, что они имеют много
общего со счетно-регистрирующим устройством дифрак-
тометра ДРОН-1. Счет в обоих каналах начинается одно-
временно при нажатии кнопки «пуск» в канале анализи-
руемого образца и оканчивается одновременно после вы-
бора в канале эталона заранее установленного числа
импульсов. Если число этих последних при всех измере-
ниях остается неизменным, то отношение интенсивностей
двух спектральных линий пропорционально числу им-
пульсов, сосчитанных в канале анализируемого образца.
При непрерывном сканировании зависимость интенсив-
ности от углового положения кристалла-анализатора и
счетчика частиц записывается на лепте самопишущего
потенциометра.
Рентгеноспектральные аппараты для флуоресцентного
метода часто называют рентгеновскими спектрометрами,
понимая под этим термином не только спектрометр
в узком смысле слова, но весь аппарат в целом. Имеются
рентгеновские спектрометры, автоматизированные в вы-
сокой степени; один из них описан в [Л. 307].
Вместе с тем распространение получают также как
называемые рентгеновские квантометры, имеющие слож-
ные спектрометрические устройства с несколькими кана-
лами, позволяющие производить одновременно анализ
439
образца на несколько элементов. Первый отечественный
кваптомстр описан в [Л. 308]. Здесь мы остановимся ко-
ротко на усовершенствованном квантометре ФРК-1Б
[Л. 309]. Общий вид этого квантометра представлен на
рис. 6-27. Квантометр позволяет производить анализ
Рис. 6-26. Блок-схема аппарата ФРС-2.
одновременно на 5 элементов от алюминия (Z=13) до
цинка (Z = 30). Источником излучения является рентге-
новская трубка типа БХВ-7 (рис. 2-21). Питающее уст-
ройство рассчитано на предельное напряжение 50 кВ и
предельный ток 100 мА, в нем используется схема с ше-
стифазным выпрямлением и сглаживающим конденсато-
ром. В качестве высоковольтных вентилей используются
селеновые выпрямители. Имеется усовершенствованная
440
система стабилизации напряжения (рис. 3-37) и стаби-
лизация непосредственно анодного тока трубки. Реги-
страция интенсивности рентгеновского излучения осуще-
ствляется с помощью цифропоказывающего устройства
и цифропечатающей машины.
Рассмотренные рептгеноспектральные аппараты рас-
считаны па широкие пределы содержания анализируемых
элементов. Вместе с тем имеются аппараты, называемые
Рис. 6-27. Рентгеновский кваптометр ФРК-1Б.
/ — питающее устройство; 2 — спектрометрический блок; 3 — счетно-
регистрирующее устройст во.
рентгеновскими флуоресцентными анализаторами, пред-
назначаемые для оценки процентного содержания не-
большого количества (1—4) фиксированных элементов,
например меди, в технологических продуктах медепла-
вильного производства [Л. 310]. Другим примером явля-
ется рентгеновский анализатор проб, содержащих уран
[Л. 311].
Как уже указывалось (§ 1-6), в последние годы полу-
чил развитие также так называемый бескристальный ме-
тод рептгеноспектралыюго флуоресцентного анализа, при
котором характеристическое излучение, возбуждаемое
в образце, прямо анализируется счетпо-регистрирующи-
ми устройствами без разложения его в спектр. Отечест-
венный аппарат такого типа БАРС-1 [Л. 312] позволяет
проводить анализ элементов от серы (Z= 16) до бария
(Z=56) по К-серии и от гафния (Z=72) до урана (Z=
= 92) по L-серии. Мощность, потребляемая аппаратом
из сети, не превышает 0,15 кВ-А. Аппарат состоит из
пяти основных частей общей массой 150 кг и допускает
эксплуатацию в кузове автомашины. Аппарат БАРС-2
[Л. 313] представляет собой упрощенный и еще более
29-1434 441
легкий тип аппарата для бескристального метода.
Его питание осуществляется от аккумуляторов. Мас-
са аппарата 35 кг. Все упоминавшиеся выше рентгено-
спектральные аппараты предназначены для определения
количественного содержания элементов в однородных
Рис. 6-28. Принцип электронного зонда
в аппаратах для рентгеновского микро-
объемного анализа.
образцах сравнительно большого размера. Современные
сплавы со специальными свойствами являются, как пра-
вило, многокомпонентными и неоднородными в малых
объемах, причем очень важное значение имеет опреде-
ление состава в отдельных областях и на их границах.
Для этой цели (а также для некоторых минералогиче-
ских и других исследований) применяются так называе-
мые рентгеновские микроанализаторы, в значительной
мере схожие с электронными микроскопами. Опп позво-
ляют проводить анализ на все элементы периодической
системы исключая несколько начальных.
Принцип действия рентгеновского микроанализатора
поясняет рис. 6-28. Сфокусированный магнитными линза-
442
ми узкий электронный пучок (так называемый электрон-
ный зонд) диаметром 1—2 мкм под действием ускоряю-
щего напряжения направляется на образец, представ-
ляющий собой шлиф анализируемого вещества (сплава,
минерала и т. п.). Электроны зонда возбуждают рентге-
новское характеристическое излучение атомов вещества
в микрообъеме порядка нескольких кубических микро-
метров. Анализируя с помощью рентгеновского спектро-
метра это излучение при неподвижном образце определя-
ют состав «в точке», перемещая образец в заданном на-
правлении— проводят анализ «по точкам».
Ускоряющее напряжение имеет величину порядка 10—
50 кВ, ток электронного зонда 1—2 мкА. К стабильности
системы ускорения предъявляются очепь высокие требо-
вания (нестабильность порядка 0,01%), что заставляет
применять электронную стабилизацию на высоком на-
пряжении. В современных микроанализаторах помимо
проведения количественного анализа обычно предусма-
тривается возможность визуального наблюдения поверх-
Рпс. 6-29. Аппарат «Зонд» для микрообъемного анализа.
ности образца с помощью рентгеновского излучения,
а также отраженных и вторичных электронов. Для этого
используются телевизионные системы с увеличением при-
мерно в 100 раз.
Отечественный рентгеновский микроанализатор «Зонд»
изображен на рис. 6-29. Упрощенный тип анализатора
описан в [Л. 314]. Рентгеновский анализ с помощью элек-
тронного зонда подробно рассматривается в [Л. 315].
29* 443
Имеются рептгепоспектральные аппараты, позволяю-
щие с помощью флуоресцентного метода контролировать
толщину металлических покрытий, например слоя цинка
на оцинкованной стали. Упомянем еще о рентгеновских
аппаратах, называемых люминесцентными сепараторами,
которые образуют еще один обособленный вид рентге-
новской аппаратуры. Их назначение — сигнализировать
о появлении алмазов в контролируемом потоке алмазо-
содержащей породы. Здесь используется свойство алма-
зов давать видимое свечение под воздействием рентге-
новских лучей. Это свечение в свою очередь воздейст-
вует на фотоэлектронный умножитель, дающий сигнал,
в результате которого часть породы, содержащая алмаз,
автоматически выводится из потока. В отечественном
люминесцентном сепараторе ЛС-20 в качестве источника
рентгеновского излучения используется рентгеновская
трубка типа БХВ-6 с медным зеркалом анода, работаю-
щая при напряжениях до 35 кВ.
В табл. 6-3 приведены сведения об основных отече-
ственных рентгеновских аппаратах технического назна-
чения.
6-5. РЕНТГЕНОВСКИЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ
В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЦЕЛЯХ
Использование рентгеновских лучей для радиацион-
но-химических и радиационно-биологических процессов
в течение ряда лет носило экспериментальный характер.
Существенное внимание уделялось специальным источ-
никам рентгеновского излучения [Л. 316—318]. Опишем
коротко экспериментальную установку фирмы АЭГ
[Л. 319].
Установка рассчитана на напряжение 120 кВ и ток
500 мА, т. е. ее длительная мощность достигает 60 кВт.
Источником высокого напряжения является трехфазный
высоковольтный генератор с заземленным выводом. На-
пряжение на выходе сглаживается с помощью высоко-
вольтного конденсатора; пульсации напряжения состав-
ляют примерно 3%. Напряжение и ток .могут регулиро-
ваться в широких пределах.
Наиболее интересная часть установки — специальный
рентгеновский излучатель, рассчитанный на те же элек-
трические данные, что и установка в целом. Рис. 6-30
схематически поясняет его устройство. Катод излучателя
имеет ряд параллельных мощных нитей накала. Выходя-
444
щие из нитей электроны движутся к заземленному аноду
«мембранного» типа. Мембраны изготовлены из листово-
го никеля толщиной 0,3 мм. 'Поверхность мембран, об-
ращенная к аноду и являющаяся источником рентгенов-
ского излучения, для повышения рентгеновской отдачи
покрыта тонким слоем золота. Сквозь мембраны прого-
няется быстрый 'поток охла-
ждающей 'ВОДЫ.
Общая излучающая -по-
верхность равна 100 см2 и
допускает длительную удель-
ную нагрузку 0,6 кВт/см2.
Используемое рентгеновское
излучение проходит сквозь
мембраны и создает дозное
поле, сравнительно медлен-
но спадающее с удалением
от анода. На расстоянии
50 мм доза в воздухе состав-
ляет 50% дозы .на расстоя-
нии 50 мм, на расстоянии
100 мм — 20%.
Излучатель работает на
насосе и может быть сравни-
тельно легко разобран и
вновь собран. Потребное .ко-
личество охлаждающей во-
ды — 400 л/мин. По радиаци-
онной эффективности излучатель приравнивается радио-
изотопному источнику Со-60 с активностью примерно
3,7- 1014 с-1 (104 Ки).
Дальнейшие мощные рентгеновские установки фирмы
АЭГ описаны в [Л. 320]. Их основным назначением явля-
ется радиационная пастеризация свежей рыбы на рыбо-
ловных судах. На рис. 6-31 изображена эксперименталь-
ная установка такого рода с рентгеновским излучателем
на 200 кВ, 150 мА. Излучатель имеет вид тороида. Его
открытая полость является зоной облучения сквозь ко-
торую проходят цилиндрические контейнеры с рыбой;
диаметр контейнера — 20 см, длина — 80 см.
Внутри самого тороида, вдоль внешней стенки, разме-
шены нити накала. Другая стенка—двойная. Ее по-
верхность, обращенная к нитям накала, является непо-
средственным источником излучения. Внутри двойной
445
Рис. 6-30. Рентгеновский из-
лучатель на 120 кВ, 500 мА
с анодом мембранного типа
(схема).
/ — нити накала; 2 — потоки элек-
тронов; 3 — мембранный анод; 4 —
выход рентгеновских лучей.
Основные отечественные рентгеновские аппараты технического
Тип Общая характеристика Рентгеновский изл у
Вид излучателя Тип рентгенов- ской трубки
РУП-120-5
РУП-200-5
ИРА-2Д
РУП-150-10
РУ ГУ-150/300-10
Облегченный передвижной аппа-
рат на тележке
То же
Переносный аппарат с импуль-
сным питанием рентгеновской труб-
ки
Передвижной аппарат
Передвижной аппарат, который
может использоваться в двух ва-
риантах:
а) в полном комплекте
Рентгенодеф ктоско
Моноблок 6.4-БПМ-2-120
То же 0.7-БПМ-3-200,
» » ИА-4-350
Рентгеновские трубки в отдель- ных кожухах 1,5-БПВ-7-150 (с вынесенным анодом), 0.3-БПВ-6-150
Рентгеновские
трубки в отдель- ных кожухах 2.5-БПМ-4-250
б) в комплекте, аналогичном аппарату РУП-150-10 Те же трубки, что и у ап- парата
РУП-400-5 Передвижной аппарат на тележ- Моноблок РУП-150-10
ке
Рентген оструктурлы ?
УРС-55а
МАРС-1
УРС-60
УРС-50-И-М
Аппарат настольного типа для
фотометода; 2 камеры типа РКД
Аппарат настольного тит для
фотометода с мик.юфокуспой рент-
геновской трубкой; 2 камеры ти-
па РКД
Стационарный аппарат для фото-
метода с возможностью одновре-
менной работы двух рентгеновских
трубок; 2 камеры типа РКД
Дифрактометр общего назначе-
ния; гониометр ГУР-4; ионизацион-
ный счетчик частиц. Регистрация
интенсивности рентгеновского из-
лучения: а) электрическим счетчи-
ком, б) ламповым вольтметром п
в) самопишущим прибором
Ренггеновская
трубка в защитном
кожухе, встроен-
ном в высоковольт-
ный генератор
Рентгеновская
трубка в отдель-
ном защитном ко-
жухе
Рентгеновские
трубки в отдель-
ных защитных ко-
жухах
Рентгеновская
трубка в защитном
кожухе, располо-
женном на опера-
тивном столе
БСВ-2
БСВ-5
БСВ-2
БСВ-4
БСВ-6
БСВ-6
446
Таблица 6-3
назначения
чатель Питающее устройство Масса аппарата, кг
Размер фокуса, мм Предель- ные элект- рические режимы Схема вы- прямления Заземляе- мая точка вторичной цепи Системы стабили- зации Сеть
Напря- жение, В Мощность, кВ.А
кВ | мА
пич:скиг аппараты
2,0X2,0 120 5 Однополупе- риодная без- вентильная
2,0X2,0 200 5 То же
Диаметр 2 мм 300X350 — То же
150 10 Удваивания со сглаженным напэяжением
250 150 10 10 Сдвоенная схема удваи- вания со сгла- женным на- пряжением
аппараты 400 5 Однополупе- риодная без- вентильная каскадная
1,2X1,2 55 30 Однополупе-
под углом 6° (2 окна) 40 40 риодная без- вентильная
Диаметр действ, фокуса 0,04 мм) (2 окна) 45 0,45 Удв ивания со сглаженным напряжением
(см. выше) диаметр 3 мм (4 окна) 2,5X0.2 под углом 2° (2 окна) 60 20 То же
(см. выше) 50 10 То же
Средняя точка То же Плюс Плюс Стабили- зация на- кала трубки 220/380 220/380 220 220/380 1,5 1,9 0,15 3,0 165 191 30 670
Средняя точка То же 220/380 5,0 I 100
Плюс — 220/380 4,0 600
Плюс Стабилиза- ция нака- ла трубки 127/220 з,о 130
Минус Автомати- ческая коррекция напряжения сети 220 0,14 45
Плюс; возможен переход на зазем- ление минуса Автомати- ческая кор- рекция на- пряжени/1 сети; ста- билизация анодного тока (для одной трубки) 127/220 3,5 680
Пл юс То же 127/220 2,5 500
447
Тип Общая характеристика Рентгеновский
Вид излучателя Тип рентгенов- ской трубки
ДРОН-1 Дифрактометр общего назначе- ния; гониометр ГУР-5; сцинтилля- ционный счетчик СРС-1-0. Реги- страция интенсивности рентгенов- ского излучения: а) измерителем скорости счета, б) самопишущим прибором и в) цифэопечатаюимм устройством То же БСВ-8 БСВ-9
КРМ-1 Дифрактометр с малоугловым гониометром; сцинтилляционный счетчик СРС-1-0. Регистрация ин- тенсивности рентгеновского излу- чения; а) самопишущим прибором и б) цифропечатающим устройст- вом То же Рентген БСВ-11 оспектралъныз
ФРС-2 Рентгеновский спектрометр с двухкавальным спектрометриче- ским устройством; сцинтилляцион- ные счетчики СРС-1-0. Регистра- ция интенсивности рентгеновского излучения в обоих каналах: а) из- мерителями скорости счета и б) ци- фропечатающим устройством. При непрерывном сканировании водном из каналов используется самопи- шущий прибор Рентгеновская трубка в защитном кожухо, располо- женном на опера- тивном столе БХВ-6
ФРК-1Б Рентгеновский квантометр с се- миканальным спектрометрическим устройством и возможностью од- новременного анализа на 5 элемен- тов. Пропорциональные (проточные) счетчики СРПП-21. Регистрация интенсивности рентгеновского из- лучения: а) цифропоказывающим устройством и б) цифропечатаю- щей машиной Рентгеновская трубка в защит- ном кожухе, раз- мещенном в об- щем блоке со спектрометричес- ким устройством БХВ-7 БХВ-8
стенки циркулирует охлаждающая вода. Излучатель ра-
ботает на гетерном насосе.
Условия облучения могут регулироваться изменением
напряжения и тока излучателя, а также скорости про-
хождения контейнеров через зону облучения. Производи-
тельность установки — от 50 до 80 кг рыбы в час при
поглощаемой дозе излучения 1 кДж/кг (100 Крад).
На рис. 6-32 представлен рентгеновский «тандем-из-
лучатель» на 200 кВ, 2,5 А? т. е. на мощность 500 кВт.
448
Продолжение табл. 6-3
[Влучпсль Г In тающее у ст (хшетво Масса аппарата, | кг
Размер фокуса, мм Предель- ные элек- трические режимы кВ | мА Схема выпрям- ления Заземляе- мая точка вторичной цепи Системы стабили- зации Сеть Напря- жение, в Мощность, кВ-А
То же
50
25
| 30
и
60
1X1,2
под углом
6° (2 окна)
и 0,1X12
под углом
6° (1 окно)
2X1,2
под углом
6° (2 окна)
и 0,2X12
под углом
6° (1 окно)
0,4X0,4
под углом
3° (2 окна)
и 0,04X8
под углем
6® (1 окно)
Следует использовать питающее
или ДРОН-1
Плюс
аппараты
5X36 50 35 70 100 С шестифаз- НЫ'М выпэям- л пнем и сглаживаю- щей емкостью Плюс; возможен переход на зазем- ление ми- нуса Автомати- ческая коррекци;! нап ряже- ния сети и стабили- зация анодного тока труб- ки 220/380 12,0 1 600
Кольцевой фикус ши- риной 6 мм То же 50 100 То же Плюс Стабили- зация на- пряжения на трубке и ее анод- ного тока 220/380 10,0 1 200
Он состоит из двух отдельных излучателей цилиндриче'
ской формы. Внутри каждого вдоль всего цилиндра раз-
мещен катод. Одна сторона цилиндра срезана также
вдоль и заменена двойной плоской стенкой, поверхность
которой, обращенная к катоду, является непосредствен-
ным источником излучения. Внутри двойной стенки цир-
кулирует охлаждающая вода. Излучатель работает на
гетерном насосе.
Оба излучателя размещаются параллельно и облуча-
449
ют общую зону. Мощность излучения достигает 3 кВт,
т. е. рентгеновский к. п. д. равен примерно 0,6%. Рас-
стояние между излучателями может изменяться. Объек-
Рис. 6-31. Экспериментальная установка для пастеризации свежей
рыбы.
/ — рентгеновский излучатель иа 200 кВ, 150 мА; 2 — трансформатор накала
с высоковольтной изоляцией; 3 — вывод кабеля для присоединения к высоко-
вольтному генератору; 4 — насос; 5 — контейнеры с Рыбой.
ты облучения двигаются перпендикулярно излучателям
по двум параллельным полосам в противоположные сто-
роны. Один и тот же объект проходит сначала в одном,
Рис. 6-32. Установка с рентгеновскими «таидем-излучателями» иа
200 кВ и общий ток 2,5 А.
/ — излучатели; 2 — ввод высокого напряжения; 3 — катод; 4 — излучающая
поверхность (анод); 5—насос; 6 — ввод охлаждающей воды; 7 — контейнеры
с объектами облучения.
450
затем — в обратном направлении, чем достигается боль-
шая равномерность облучения. Рекомендуемые размеры
контейнеров 120x50x20 см. Применительно к пастери-
зации свежей рыбы производительность такой установки
оценивается в 3 т/ч при указанной выше поглощаемой
дозе излучения.
Достоинствами рентгеновских установок такого рода
в сравнении с радиоизотопными установками являются:
а) значительно меньшая общая масса, в основном из-за
меньшей массы защитных устройств, б) большая эксплу-
атационная безопасность из-за возможности полностью
прерывать поток излучения и в) меньшая стоимость из-за
высокой стоимости радиоизотопных источников. В то же
время следует указать на техническую сложность рент-
геновских установок, которая может повлечь за собой
меньшую эксплуатационную надежность. Напомним, что
для облучения в технологических целях используются
также ускорители заряженных частиц.
Возможности использования мощных рентгеновских
установок для стерилизации медицинских изделий рас-
сматриваются в [Л. 321].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ОБЩАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Витка В. А. Рентгеновские аппараты. М., 1933.
2. П о р о й к о в И. В. Физические основы дозиметрии рентгенов-
ских лучей. Л.—М., 1934.
3. Корсунский М. И. Физика рентгеновых лучей. М.—Л.,
1936.
4. S а г s f i е 1 d L. Electrical engineering in radiology. London,
1936.
5. Харад ж а Ф. H. Рентгенотехника. M., 1938.
6. Bouwers A. Elektrische Hochstspannungen. Berlin, 1939.
7. К о м п т о н А., Алисон С. Рентгеновские лучи, пер. с англ.
М., 1941.
8. Шехтман Я. Л. Рентгеновская дозиметрия. М., 1941.
9. Sproul 1 W. X-rays in practice. New York—London, 1946.
10. T p а п e з н и к о в А. К. Рентгенодефектоскопия. М., 1948.
11. Векслер В., Грошев Л., Исаев Б. Ионизационные методы
измерения излучений. М., 1949.
12. Д м о х о в с к и й В. В., Р у д е р м а п А. И. Рентгенотехнический
справочник. М., 1949.
13. Шмелев В. К. Рентгеновские аппараты. М., 1949.
14. По ройков И. В. Рентгенометрия. М.—Л., 1950.
15. Гринберг А. П. Методы ускорения заряженных частиц.
М.—Л., 1950.
16. Уманский Я. С., Трапезников А. К., Китайгород-
ский А. И. Рентгенография. М.—Л., 1951.
17. Раков В. И. Электронные рентгеновские трубки. М.—Л., 1952.
18. Блохин М. А. Физика рентгеновских лучей. М., 1953.
19. Карадимов С. Рентгенови аппараты. София, 1955.
20. Петров Г. Н. Электрические машины, изд. 2. Часть I. Введе-
ние. Трансформаторы. М.—Л., 1956.
21. Боровский И. Б. Физические основы рснтгеноспектралытых
исследований. М., 1956.
22. Аглинцсв К. К. Дозиметрия ионизирующих излучений, изд.
2-е. М., 1957 (изд. 1-е—1950).
23. Медицинская рентгенотехника, под рсд. А. Я. Кацмана, Л.,
1957.
24. S р i е g 1 е г G. Physikalische Grundlagen der Rontgendiagnostik.
Stuttgart, 1957.
25. Me di co г. X-ray manual. Vol. 1. Budapest, 1957.
452
26. Опасности ионизирующего излучения для человека, пер. с англ.
М., 1958.
27. Svab L. Rentgenky. Praha, 1958.
28. Б л о х и н М. А. Методы рентгеноспектральных исследовании.
М., 1959.
29. Рентгеновские лучи, пер. с нем. и англ. Handbuch der Physik
(Encyclopedia of Physics), Bd XXX. M., 1960.
30. Б и б e p г а л ь А. В., Моргулис У. Я., Воробьев Е. И.
Защита от рентгеновых и гамма-лучей, изд. 2-е. М., 1960 (изд.
1-е. — 1955).
31. Дм охов ск ий В. В. Основы рентгенотехники. М., 1960.
32. Высоковольтное испытательное оборудование и измерения, под
ред. А. А. Воробьева. М.—Л., 1960.
33. Егер Р. Дозиметрия и защита от излучений, пер. с нем. М.,
1961.
34. Van derPlaats G. Leitfaden der medizinische Rontgentech-
nik. Philips Techn. Bibliothek, 1961.
35. Руд ер мап А. И., Вейнберг M. Ш. Физические основы
дистанционной рентгено- и гамматерапии. М., 1961.
36. Б р э с т р а н К., У н к о ф ф Г. Руководство по радиационной
защите, пер. с англ. М., 1962.
37. О в о щ н и к о в М. С., Новые аппараты и методы рентгенологи-
ческого исследования. Киев, 1962.
38. S v a b L. Rentgenove pristroje. Praha, 1963.
39. Dietz К. Aites und Neues fiber Rontgen-Rohren. Stuttgart,
1964.
40. Комар E. Г. Ускорители заряженных частиц. M., 1964.
41. Handbuch der medizinische Radiologie (Encyclopedia of medical
radiology), Bd 1, Teil 1 und 2—Physikalische Grundlagen und
Technik, Berlin — New York, 1965.
42. G e b a u e r A., L i s s n e r J., S c h о 11 O. Das Rontgenfernsehen
Technische Grundlagen und Klinisch-rontgenologische Anwendung.
Stuttgart, 1965.
43. X a p а д ж а Ф. H. Общий курс рентгенотехники, изд. 3-е. Л.,
1966 (изд. 1-е—1940).
44. Международный электротехнический словарь, группа 65, Радио-
логия и радиологическая физика. М., 1966.
45. Ф е о к т и с т о в В. И. Рентгеновское изображение, его метри-
ческие свойства и их применение в клинике. М., 1966.
46. М а т в с е в В. В., Хазанов Б. И. Приборы для измерения
ионизирующих излучений. М., 1967.
47. Стефанов К. С. Техника высоких напряжений. Л., 1967.
48. Третьяков В. В., Флекснер Н. И. Прикладная рентге-
нотехника. М., 1967.
49. К а г а н о в И. Л. Промышленная электроника. М., 1968.
50. Б ы к о в Р. Е., Коркунов Ю. Ф. Телевидение в медицине
и биологии. Л., 1968.
51. Румянцев С. В. Радиационная дефектоскопия. М., 1968.
52. D i е t z е R., Kocher Е. Physik und Praxis der Rontgenaufnah-
metechnik, Aufl., 2., Jena, 1969.
53. К p о ii г а у з A. H., Ляпидевский В. К., Фролова А. В.
Физические основы клинической дозиметрии. М., 1969.
54. Т ю б и а п а М. и др. Физические основы лучевой терапии и
радиобиологии, пер. с франц. М., 1969.
453
55. Уманский Я- С. Рентгенография металлов и полупроводни-
ков. М., 1969.
56. Лосев Н. Ф. Количественный рентгеноспектральный флуорес-
центный анализ. М., 1969.
57. Юдин М. Ф. Дозиметрия фотонного излучения. М., 1970.
58. Электротехнический справочник под ред. профессоров МЭИ
изд. 4, т. I. М., 1971.
К ГЛАВЕ 1
59. Т х о ржевский А. И. Определение элементов рентгеновской
энергии, генерируемой рентгеновской трубкой, по элементам
электрической энергии ее питания. — «Достиж. в обл. рентгено-
техн.», 1934, № 3.
60. Р а к о в В. И. Трехэлектродная рентгеновская трубка. — «Вести,
рентгенол. и радиол.», 1937, т. XVII, вып. 2.
61. Frik W., Goering U., Jupitz W. Detailerkennbarkeit bei
der Rontgendurchleuchtung mit Schirmen verschiedener Nachleucht-
dauer. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1962, Bd 97, № 5.
62. Mei 1 er J. Ermoglicht ein Nachleuten des Lumineszenzmate-
rials einen geringeren Energieaufwand fur eine Rontgenaufnahme?—
«Fortschr. Rontgenstr.», 1959, Bd 90, № 2.
63. E g g e r t J., Franke H., Luft F. Vereinheitlichung der No-
menklatur in der rontgenphotographischen Aufnahmetechnik. —
«Fortschr. Rontgenstr.», 1935, Bd 52, № 1.
64. С т а м б о л и П. К. Значение контрастности фотоматериала для
медицинской рентгенологии. — «Вести, рентгенол. и радиол.»,
1959, № 5.
65. John Е., С г a i g D. Logetronography. — «Amer. Journ. Roent-
genol.», 1957, vol. 78, p. 127.
66. W e r n e r K. u. a. Logetronographie in der Rontgenologic.—
«Fortschr. Rontgenstr.», 1959, Bd 90, № 1.
67. ' Буцик M. Г., Овощников M. С. Электронный прибор
логетрон для копирования рентгенограмм с целью улучшения
распознаваемости изображения. — «Вестн. рентгенол. и радиол.»,
1963, № 4.
68. К о s s е 1 F. Xeroradiographie —JEin Verfaren zur Bilderzeugung
in der Rontgendiagnostik. — «Acta Radiol. (Diagn.)», 1967, vol. 6,
№ 4.
69. Ш н e й д e p и с И., Амброзайтис К., Каваляускас P.
Медицинская электрорентгепография. Вильнюс, 1968.
70. Epstein В., Sloven J. Minimal dosage radiography with
Polaroid film processing. — «Radiology», 1963, vol. 80, № 6.
71. Kincaid O., D a v i s G., M e n g 1 i s J. Application of the po-
laroid-lend method of roentgenography to angiocardiography. —-
«Amer. Journ. Roentgenol.», 1964, vol. 91, № 6.
72. Beyer N., В a 1 a г a m a m o о r t h у К. An evaluation of the
№ 3000 polaroid film for industrial radiography. — «Materials Eva-
luation», 1964, vol. 24, № 2.
73. Schutz J. u. a. Vergleichende Untersuchungen an Rontgen-
aufnahmematerial unter besonderer Beriicksichtigung des Pola-
roid.— «Fortsch. Rontgenstr.», 1967, Bd 107, № 1.
74. Z i e 1 e r E. Messung der Strahlenbelastung von Patienten in der
Rontgendiagnostik. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1960, Bd 92, № 2.
454
75. fteinsma К. Dosimeters Гог x-ray diagnosis. Philips techn. lib-
rary, 1962.
76. Z i с 1 с r E. Messgrossen fur die Diagnoslikdosimetrie. — «Ront-
genstrahlcn», 1962, № 2.
77. Jaeger R., Kolb W. Uber die Beziehung zwischen dor spek-
tralen Vcrteiluiig der Impulsrate, Intensitat und Dosisleistung
einer Rontgenslrahlung. — Strahlentherapie», 1957, Bd 104, № 1.
78. H e t t i n g e r G., S t a r f e 11 N. Bremsstrahlung spectra from
roentgen tubes. — «Acta Radiologica», 1958, vol. 50, p. 381.
79. E p p E., W e i s s H. Experimental study of the photon energy
Spectrum of primary diagnostic x-rays. — «Phys. Med. Biol.», 1966,
vol. 11, № 2.
80. P e a p 1 e H., В u r t A. The measurement of spectra from x-ray
machines. — «Phys. Med. Biol.», 1969, vol. 14, № 1.
К ГЛАВЕ 2
81. G locker R. Prinzipien dos Strahlungs- und I lochspannungs-
schutzes und ihre technische Durchfuhriing. — «Fortschr. Roni-
genstr.», 1931, Bd 44, № 2.
82. Muller W., Z i rn m e r Th. Eine Rontgenrohrc mil innerem
Strahlcnschutz fur 400 kV Betriebsspannung. — «Fortschr. Ront-
genstr.», 1932, Bd 45, № 3.
83. S i 1 b e r m a n n K. Brenfleckbeobachtungen mit der Photozelle.—
«Fortschr. Rontgenstr.», 1938, Bd 58, № 3.
84. Соловьев Ф. И. Определение температуры фокуса рентгенов-
ской трубки при максимальных кратковременных нагрузках. —
«Журн. техн, физ.», 1939, т. 9, вып. 15.
85. Zakovsky J. Uber die Rohrenbeanspruchung an verschiedenen
Apparattypen. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1927, Bd 36, № 2.
86. T x о p ж e в с к и й А. И. Работа рентгеновских трубок и кенотро-
нов в их окружении. Токи сквозь стекло. — «Успехи рентгено-
техн.», 1936, вып. 1.
87. Neboschew A. Der Durchgriff als Kennwert der Rontgen-
rohren. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1952, Bd 76, № 1.
88. T x о p ж e в с к и й А. И. Динамическая характеристика рентге-
новской трубки. — «Вести, рентгенол. и радиол.», 1935, т. 15,
вып. 3.
89. В о г m a n Е. Erfahrungen mil Gummi, als Isolierung von Hoch-
spanungsleitungen und Kabeln. — «ETZ», 1938, Bd 59, № 36.
К ГЛАВЕ 3
90. Ш м e л e в В. К. О принципах рационального построения рент-
геновских аппаратов. — «Вести, электропром.», 1952, № 5.
91. Кучинский Г. С. и др. Бумажно-масляная изоляция в вы-
соковольтных конструкциях. Л.—М., 1963.
92. L е i s t п е г К., Be ger Н. Uber Rontgenapparate mit hochspan-
nungsseitiger Spannungsregulierung (Sekundarregulierung). —
«Fortschr. Rontgenstr.», 1932, Bd 46, № 2.
93. Bischoff K. Die Einfiihrung des Sperrgleichrichter in die Ront-
gen-Technik. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1955, Bd 82, № 1.
94. Терн о Л. Применение кремниевых диодов в высоковольтных
выпрямителях. — «Электроника», пер. с англ., 1962, т. 35, № 49.
455
95. Kuntke A. Semi-conductor components in x-ray engineering—
«Medicamundi», Vol. 11, № 4, 1966.
96. T a p e e в Б. M., Рабчинская Г. И. Касторовое масло как
диэлектрик. — «Вести, элсктропром.», 1939, № 10—11.
97. Богданов Д. И. и др. Разборный рентгенодиагностический
аппарат РУМ-15. — Радиационная техника (Труды ВНИИРТ),
вып. 3. М., 1969.
98. Б л и н о в Н. Н., Попова Т. А. К расчету индуктивности
рассеяния регулировочных автотрансформаторов рентгенодиагпо-
стическпх аппаратов. — Радиац. техника (Труды ВНИИРТ),
вып. 5. М., 1970.
99. М u 1 1 е г К. Das elektromagnetisch gesteuerte Wechselstromschutz.
als Schaltorgan in Rontgendiagnostikapparaten.— «ETZ», 1931,
Bd 52, № 13.
100. Филипович Б. И. Исследование скоростей работы электро-
магнитных контакторов. — «Достиж. в обл. рентгенотехн.», 1933.
101. Pohlmann М. Welch kiirzeste Belichtungszeit kann man beim
primarseitigen Schalten von Rontgendiagnostikapparaten erreichen
und mit welcher- Genauigkeit kann man sie einhalten?—«Rontgen-
Praxis», 1934, № 2
102. Дм ox об скин В. В. Стабилизация напряжения в рентгено-
технике (обзор). — «Достиж. в обл. рентгенотехн.», 1933, № 3.
103. Евдокимов Г. К. Электромагнитные стабилизаторы с двумя
последовательными индуктивностями. — «Вестн. электропром.»,
1948, № 10.
104. Богданов Д. И. Феррорезонансные стабилизаторы напря-
жения. М., 1972.
105. Герценберг Г. Р. Высокостабильный диод в схемах регу-
лирования и автоматики. — «Вестн. элсктропром.», 1948, № 5.
106. Богданов Д. И., Б л и н о в Н. Н. Автоматические регулято-
ры напряжения на феррорезонансно-контактпых реле. — Элек-
трооборудование пром, предприятий, вып. 11. М., 1961.
107. Богданов Д. И., Сапошников П. Н. Автоматические
автотрансформаторные регуляторы напряжения на быстродей-
ствующих магнитных усилителях. — Электрооборудование пром,
предприятий, вып. 4. М., 1960.
108. Суворов Э. В. и др. К вопросу о стабилизации интенсивно-
сти излучения на дифрактометре. — Аппаратура и методы рент-
ген. анализа, вып. 1. Л., 1967.
109. Kuntke A. Ein neueartige Verfahren zur Erzielung einer
Konstanten-Rohrengleichspannung angewandt in einem Kondensa-
torapparat fur die gesamte Rontgendiagnostik.— «Fortschr. Ront-
genstr.», 1938, Bd 58, № 3.
110. Connelly F. An apparatus for the accurate control of x-ray
exposure times. — «Brit. Journ. Radiol.», 1958, Vol. 31, № 369.
111. Дмоховский В. В. Особенности современных рентгеновских
аппаратов. — Исследов. в обл. рентгенотехн. (Труды ЦНИИРиР,
т. 8), М., 1951.
К ГЛАВЕ 4
112. G г о s s m a n G. Die elcktrische Vorgangc in den Hochspannungs-
kreisen von Rontgenapparaten. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1933,
Bd 48, № 4 und 1934, Bd 49, № 1.
113. Mil Iler K. Die Bercchnung der thermischen Belastung von
456
Rontgenrohren aus Strom und Spannung.— «Fortschr. Ront-
genstr.», 1931, Bd 44, № 3.
114. Витка В. А., Зикеев M. С., Иванов М. П. Некоторые
особенности’ работы рентгеновских трансформаторов с исполь-
зованием одной полуволны. — «Достпж. в обл. рентгенотехники»,
1933.
115. Беляев Б. В., Витка В. А. Некоторые особенности работы
трансформатора при наличии постоянной составляющей в токе
нагрузки. — «Достиж. в обл. рентгенотехники», № 3, 1934.
116. Rears ley W. Use of rectifier in series with transformer pri-
mary as a means of reduction inverse voltage on half-wave
load. — «Gener. Electr. Rev.», 1930, vol. 33, № 10.
117. Богданов Д. И. Работа трансформатора па одпополупериод-
пый выпрямитель. — «Вести, электропром.», 1959, № 9.
118. Kanamori Н. Analysis of high voltage waveforms in x-ray
units. — «Journ. Franklin Institut», 1965, Vol. 279; № 3,—I. Single
Phase; № 4,—II. Abnormal voltage; № 5—III. Three phase.
119. Блинов H. H. К расчету трехфазного рептгеподиагностиче-
ского аппарата. — «Радиац. техника» (Труды ВНИИРТ), вып. 1,
М., 1967.
120. Витка В. А. Новый рентгеновский аппарат для получения
высокого напряжения. — «Жури, прикл. физ.», 1926, № 3—4.
121. Бол ди п гор Э. Каскадные генераторы. — В кп. Ускорители,
пер. с нем. и англ. Handbuch der Physik (Encyclopedia of Phy-
sics), Bd XLIV, M., 1962.
122. Meiler J. Drehstromgenerator und Rontgenaufnahmetechnik.—
«Acta Radiologica» (Then), 1966, vol. 4, № 5.
123. Niemann C., Zeyss W. Die Vorzuge des Rontgen-Drehstro-
mapparates. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1932, Bd 45, № 5.
124. Bischoff K. Wclche Belichtungszeitverkuzung bright der
Drehstrombetrieb? — «Rontgenpraxis», 1935, Bd 7, № 1.
125. Chantraine H. Die heutige Drehstrommaschine ist verbesse-
rungsbediirfig. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1936, Bd 53, № 3.
126. Daumann W. Verdienen die Rontgenapparate mit 6 oder
4 Ventilen den Vorzug?—«Fortschr. Rontgenstr.», 1937, Bd 56,
№ 2.
127. d’A d 1 e r - R a c z J. Influence of high voltage wave form and
inherent filtration of x-ray generators on image quality.—«Ma-
terials Evaluation», 1966, vol. 24, № 9.
128. Ж e г а л к и н Г. А. Зависимость яркости экрана для просве-
чиваний от типа аппарата. — «Сборник трудов по рентгеноло-
гии», т. 2, М., 1936.
129. Чусов П. П. Перенапряжения в рентгеновской установке
по схеме Виллара и защита от них. — «Бюллетень ВЭН», 1935,
№ 2.
130. Шмелев В. К. Перенапряжения в схемах утраивапия и
удваивания напряжения при выключении одного из вентилей.—
«Успехи рентгенотехники», 1938, вып. 1.
131. Френкель А. Теория переменных токов, пер. с нем., с доп.
Я- Н. Шпильрейна. М.—Л., 1933.
132. Boddingh W. A special apparatus for radiographic examina-
tion of the chest. — «Acta Radiologica», 1931, vol. 12, p. 479.
133. Попов M. Ф., Лихтенштейн E. А. Технические основы
медицинской импульсной рентгенографии. — Исследования в обл.
рентгенотехники (Труды ЦНИИРиР, т. VIII). М., 1951.
30—1434 457
134. Watanabe FI. et al. Comparative study of transformer type
and capacitor-discharge type x-ray apparatus — Toshiba Rev.
(Internation. Ed.), № 43, 1969.
135. Me a kin R. Flash radiography.—Progr. Appl. Materials, vol. 4,
London, 1962.
136. Kingdon K., Tanis H. Experiments with a condenser di-
scharge x-ray tube. — «Physic. Rev.», 1938, vol. 53, № 2.
137. S teenbeck M. Uber ein Verfahren zur Erzeugung intensive!’
Rontenblitze. — «Wissenschaftliche Veroffentlichungen aus den
Siemens Werken», 1938, Bd 17, № 4.
138. A n g e r s t e i n W. Das Rontgenblitzrohr als Quelle ultrahoher
Dosisleistung. — «Fortschr. Ronlgenstr.», 1959, Bd 90, № 5.
139. Oosterkamp W. — «Philips Techn. Rev.», 1940, vol. 5, № 1.
140. Цукерман В. А., Авдеенко А. И. Получение рептгенов-
. ских снимков с очень малым временем экспозиции. — «Жури,
техн, физ.», 1942, т. 12, вып. 4, 5.
141. Зеленский К. Ф., Трошкин Н. А., Цукерман В. А.
Переносные установки с импульсными трансформаторами для
получения коротких рентгеновских вспышек. — «Приб. и техн,
экспер.», 1963, № 2.
142. Цукерман В. А., М а н а к о в а М. А. Источники коротких
рентгеновских вспышек для исследования быстропротекающих
процессов. — «Журн. техн, физ.», 1957, т. 27, вып. 2.
143. Slack С., Ehrke L. Field emission x-ray tube. — «Journ.
Appl. Phys.», 1941, vol. 12, № 2.
144. Slack C., Ehrke L., Z a vales C. Million of a second
x-ray snapshotes — «Westinghouse Engineer», 1945, vol. 5, № 4.
145. Crisuolo E., O’Connor D. The development of a fine-focus
flash x-ray tube. — «Rev. Scient. Instr.», 1953, vol. 24, № 10.
146. Schaafs W., Herrmann K. Aufbau und technische Eigen-
schaften von Hochvakuum-Rontgenblitzohre. — «Zeitschr. angew.
Phys.», 1954, Bd 6, № 1.
147. Эйг Л. С., Дремин В. H., Латышев В. В. Импульсные
управляемые рентгеновские трубки с холодным катодом. —
«Приб. и техн, экспер.», 1969, № 4.
148. Dyke W., Floyd R., Grundhouser F. High dose rate
x-ray sources with development of a lightweight diagnostic
unite. — «Radiology», 1961, vol. 76, № 2.
149. Dyke W. Adwances ih field emmission. — «Scientific Ameri-
can», 1964, vol. 210, № 1.
150. Герчиков Ф. Новые бортовые приборы. — «Авиация и кос-
монавтика», 1969, № 7.
К ГЛАВЕ 5
151. Шмелев В. К. Технические средства современной рентгено-
диагностики.— Радиационная техника (Труды ВНИИРТ),
вып. 1, 1967.
152. Weber Е., Russo С. Uber die Abhangigkeit der Expositions-
zeit von der Spannung. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1931, Bd 43,
№ 2.
153. Дмоховский В. В., Сулькин А. Г. Новая рентгеновская
установка. М., 1947.
458
154. Bierman A., Boldingh W. The relation between tension
and exposure times in radiography. — «Acta Radiologica», 1951,
vol. 35, № 1.
155. Шмелев В. К. Некоторые вопросы проектирования рентгенов-
ских диагностических аппаратов. — «Вести. электропром.»,
1951, № 1.
156. Morgan R. Н. Roentgen tubes potentials in diagnostic roent-
genology.— «Amer. Journ. Roentgenol.», 1947, vol. 58, № 2.
157. Trout E., Graves D., Slauson D. High-kilovoltage radio-
graphy. — «Radiology», 1949, vol. 52, № 5.
158. Гинзбург В. Г. Рентгенография лучами повышенной жест-
кости.— Труды научной сессии ЦНИИР-иР (июнь, 1947). М.,
1949.
159. Дм ох о в ск ий В. В. Качество снимка и напряжение. — Ис-
след. в обл. рентгенотехники (Труды ЦНИИРиР, т. VIII). М.,
1951.
160. Порой ков И. В. Оптимальные напряжения генерирования
при рентгенодиагностических снимках. — Там же, где Л. 159,
1951.
161. W а с h s m a n n F., Breuer К., Buchheim С. Grundlagen
und Ergebnisse der Hartstrahltechnik. — «Fortschr. Rontgenstr.»,
1952, Bd 76, № 2.
162. Nemet А., С о x W., Hills T. The contrast problem in high-
kilovoltage medical radiography — «Brit. Journ. Radiol.», 1953,
№ 304.
163. Gajewski H. Physikalische und aufnahmetechnische Gesicht-
punkte bei Rontgenaufnahmen mit hohen Spannungen. —
«Fortschr. Rontgenstr.», 1954, Bd 80, № 5.
164. Frik W. u. a. Vergleichende Untersuchungen uber die prak-
tische Bedeutung der Hartstrahltechnik fiir Lungenaufnahmen.—
«Fortschr. Rontgenstr.», 1955, Bd 83, № 3.
165. В ticker J., Jotten G., Stossel H.—G. Diagnostische und
physikalische Untersuchungsergebnisse bei Grossformat- und
Schirmbildaufnahmen des Thorax mit Spannungen bis zu 200 kV.—
«Fortschr. Rontgenstr.», 1959, Bd 90, № 2.
166. Engekamp H. Anwendung der Hartstrahltechnik (200 kV) bei
Untersuchungen mit negativen Kontrasmitteln. — «Fortschr. Ront-
genstr.», 1960, Bd 93, № 2.
167. Despositos K., Wachs mann F., Experimentelle Unter-
suchungen iiber die Detailerkennbarkeit und den dargestellten
Objektumfang bei Variationen der Aufnahmespannung. —
«Fortschr. Rontgenstr.», 1965, Bd 102, № 2.
168. Maguire G., Beique R., Rotenberg A. Selective filt-
ration: the practical approach to high-voltage radiography.—
«Radiology», 1965, vol. 85, № 2.
169. Виннер M. Г., К о p о б о в В. И., 3 и л о б e p т Э. П. Влия-
ние напряжения на рентгеновской трубке и селективной фильт-
рации излучения на качество изображения при рентгенографии
легких. — «Весгн. рентгенол. и радиол.», 1969, № 6.
170. Zakovsky J., Juris К. Versuch einer zahlenmassigen Erfas-
sung der Kontraste in Rontgenbild. — «Fortschr. Rontgenstr.»,
1934, Bd 50, № 5.
171. T x о p ж e в с к и й А. И. Зависимость контрастов в рентгено-
30* 459
граммах от напряжения на рентгеновской трубке. — «Вестн.
рентгенол. и радиол.», 1937, т. 18, № 4.
172. Schober Н. Die Abhangingkeit des Schwarzungskontrastes
einer Rontgenaufnahme von Rohrenspannung und mAs-Produkt.—
«Fortschr. Ronlgenstr.», 1953, Bd 78, № 7.
173. Seem an H. Physical factors which determine roentgenogra-
phic contrast. — «Amer. Journ. Roentgenol.», 1958, vol. 80, № 1.
174. Bouwers A., Oosterkamp W. Die Unscharfe einer Ront-
genaufnahme.— «Fortschr. Ronlgenstr.», 1936, Bd 54, № 1.
175. Nemet А., С о x W., Walker J. Blurring in radiography.—
«Brit. Journ. Radiol.», 1946, vol. 19, № 223.
176. Mei 1 er J. Die Zusammensetzung der verschiedenen Unscharfe-
faktoren zur Gesamtunscharfe in Rontgenbild. — «Fortschr. Ront-
genstr.», 1955, Bd 82, № 1.
177. Morgan R. An analysis of the physical factors controlling
the diagnostic quality of roentgen images. — «Amer. Journ. Roent-
genol.», 1945, vol. 54, № 2, und '4; 1946, vol. 55, № 1 and 5;
1949, vol. 62, № 6-.
178. Morgan R. The frequency response function. — «Amer. Journ.
Roentgenol.», 1962, vol. 88, № 1.
179. Schober H., Hofert M. Die Anwendbarkeit der in Optik
gebrauchlichen Kontrastiibertragungs- und Informations theorie
auf die Abbildung mit Rontgenstrahlen. — «Acta radiologica
(Diagn.)», 1963, vol. 1, № 6.
180. Holm T. Some aspects of radiographic information.—«Radio-
logy», 1964, vol. 83, № 2.
181. Симпозиум по вопросам качества изображения в рентгеноло-
гии.— «Radiologia diagnostica», 1969, vol. 10, № 5.
182. Соколов В. Г. О качестве рентгеновского снимка, произве-
денного при наличии механических колебаний рентгеновского
штатива. — «Радиац. техника (Труды ВНИИРТ), вып. 5, 1970.
183. Bouwers A. Eine Rontgenrohre mit drehbarer Anode und
«Anodenkiihlung». — «Fortschr. Rontgenstr.», 1933, Bd 48, № 2.
184. U n g e 1 e n k A. Eine Drehanodenrohre mit Hochtemperatur-
Strahlungskiilung. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1934, Bd 49, № 2.
185. V a n der P 1 a a t s. Prinzipien, Technik und medizinische
Anwendung der radiologischen Vergrosserungstechnik.—«Fortschr.
Rontgenstr.», 1952, Bd 77, № 5.
186. Biichner H. Direkte Rontgenvergrosserung und normale Auf-
nahme. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1954, Bd 80, № 1, und 4.
187. F e r r a n t W., San Nicolo M., Die forderliche Rontgenver-
grossergung. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1954, Bd 81, № 1.
188. Kuntke A. Untersuchungen uber die Anderung der Rontgen-
strahlen-Ausbeute an Drehanoden-Rontgenrohren. — «Fortschr.
Rontgenstr.», 1957, Bd 87, № 3.
189. Pressler K. Erfahrungen mit der Doppelwinkelrohre.—
«Fortschr. Rontgenstr.», 1959, Bd 90, № 2.
190. Seki Y., Kaku E., Muraki T. The diagnostic rotating-
anode tube with a tungstem-faced molybdenium target. — «Toshi-
ba Rev.», (Internation. Ed.), 1967, № 33.
191. Elsas A., Zimmer Th. Hohere Belastung von Drehanoden-
rohren durch Verwendung von legierten Anoden. — «Fortschr.
Rontgenstr.», 1962, Bd 97, № 4.
192. Elsas A., Zimmer Th. Belastbarkeit von Drehanodenrohren.—
«Fortschr. Rontgenstr.», 1964, Bd 101, № 4.
460
193. Денискин Ю. Д., Ч и ж у н о в а Ю. А. Рентгеновские диаг-
ностические трубки и их тепловые режимы. М., 1970.
194. Tanabe К., М u г a k i Т., Y a m a g и с h i Sh. Advances featu-
res of special rotating-anode x-ray tubes. — «Toshiba Rev.» (In-
ternation. Ed.), 1969, № 43.
195. Takanaschi S., Sakuma S., Ayakawa Y. Die Vieifache
direkte Vergrosserungsaufnahme. — «Der Radiologe», 1968, Bd 8,
№ 7.
196. Begriffe und Benennungen in der radiologischen Technik.
Technische Mittel zur Erzeugung von Rontgen- und Elektro-
nenstrahlung. DIN 6814, Bl. 6, 1963.
197. Boldingh W. Graphic determination of the optimum exposure
conditions for serial radiographs with a rotating anode x-ray
tube. — «Medica Mundi», vol. 6, № 2, 1960.
198. Niemann C. Die newe Vollautomatik—«Fortschr. Rontgenstr.»,
1941, Bd 63, № 4.
199. Д м о x о в с к и й В. В. Обоснование выбора регулировок диаг-
ностического аппарата. — Там же, где [Л. 159], -1951.
200. Шмелев В. К. Допустимые погрешности уставок и компен-
сация падения напряжения в рентгеновских диагностических
аппаратах. — «Вести, электропром.», 1957, № 3.
201. Claassen F. Wozu Belichtungstabelle nach Punkten?—«SRW-
Nachrichten», 1962, № 16.
202. Schwarz G. Kilovoltage and radiographic effect. — «Radiolo-
gy», 1963, vol. 80, № 2.
203. Be ger H. Einstelltechnik fiir die Belichtungswerte an Ront-
gen-Generatoren. — «Radiologia diagnostica», 1966, Bd 7, № 5.
204. Zier W., В e g e r H. Rontgengeneratoren mit neuer Expositions-
automatik. — «Radiologia Diagnostica», 1967, Bd 8, № 3.
205. Шмелев В. К., Евдокимов Г. К. Новый рентгеновский
диагностический аппарат РУМ-5. — «Вести, электропром.», 1956,
№ 1.
206. Блинов Н. Н., Б о г д а н о в Д. И. Автоматическая компен-
сация ожидаемого падения напряжения в линии при включении
мощных нагрузок. — «Вести, электропром.», 1963, № 4.
207. Шоры гин А. П. Релаксационные реле времени. — «Автома-
тика и телемеханика», 1947, т. 8, № 3.
208. Евдокимов Г. К-, Богданов Д. И. Релаксационные реле
времени, — «Вести, электропром.», 1957, № 3.
209. Богданов Д. И., Я р о с л а в с к и й В. Л. Синхронизирован-
ное тиратронное реле времени. — Радиац. техника (Труды
ВНИИРТ), вып. 4, 1970.
210. Богданов Д. И., Гусев Е. А., Карпухина Р. И.
Синхронизированное реле времени с тиристорными контакто-
рами для рентенодиагностических аппаратов. — Радиац. техни-
ка (Труды ВНИИРТ), вып. 5, 1970.
211. Pfahnl A. Elektronische Schaltung der Belichtungszeiten bei
Rontgenanlagen. — «Zeitschr. Angew. Phys.», 1960, Bd 12, № 7.
212. Филипович Б. И., Шоры гин А. П. Конденсаторное реле
количества электричества. — Успехи рентгенотехники, 1938,
вып. 1.
213. Chantraine Н. Die Automatiesierung der Rontgenaufnahmc.—
«Rontgen-Praxis», 1935, Bd 7, № 8.
214. Niemann C. Grundsatzliche zur Automatisierung der Rontgen-
aufnahmebetriebes. — «Rontgen-Praxis», 1936, Bd 8, № 3.
461
215. Дискуссия по [Л. 214]. — «Rontgen-Praxis», 1937, Bd 9, № 4.
216. Miiller К. Uber die Automatisierung der Rontgenaufnahme-
betriebes. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1937, Bd 55, № 4.
217. Zakovsky J. Apparatenautomatik und Expositions technik.—
«Fortschr. Rontgenstr.», 1937, Bd 56, № 1.
218. Колычев M. А. Фотоэкспонометр для крупнокадрового
флюорографа. — Исслед. в обл. рентгенотехники (Труды
ЦНИИРиР, т. VIII). М., 1951.
219. Lohmann Th. Ein neuer Belichtungsautomat fiir die Lungen-
diagnostik. — «Rontgenblatter», 1954, Bd 7, № 7.
220. Lohmann Th., Rubens H. Ein photoelectrischer Belichtungs-
automat fiir universelie Anwendung. — «Rontgenblatter», 1958,
Bd 11, № 2.
221. Bischoff K. Der lontomat — ein neuer Belichtungsautomat fur
Rontgenaufnahmen. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1949, Bd 71,
S. 994.
222. Fussangel W., Schott 0., Unger er K. Probleme der
Belichtungsauto'matik in der Rontgen-Diagnostik. — «ETZ-В»,
1959, Bd 11, № 7.
223. A i c h i n g e r H. Fortschritte in der Technik der Belichtungs-
automatik in der Rontgendiagnostik. — «Der Radiologe», 1968,
Bd 8, № 8.
224. Z i e 1 e r E. Der Amplimat ein Belichtungsautomat fiir allgemeine
Rontgenographie. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1957, Bd 86, № 3.
225. Elgstrom H., Zieler E. An automatic exposure control
system for x-ray diagnostics. — «Philips Techn. Rev.», 1966,
vol. 27, № 3/4.
226. Franke H. lonometrische Bestimmung optimaler Belichtungs-
zeiten. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1929, Bd 40, Kongressheft.
227. Franke H. Der Belichtungsautomat. — «Fortschr. Rontgenstr.»,
1930, Bd 42, Kongressheft.
228. Stieve F. Uber die Dominante in Rontgenbild. — «Fortschr.
Rontgenstr.», 1957, Bd 87, № 1.
229. Grim S. Eine Belichtungautomatik mit veranderlichem Mes-
sfeld. — «Der Radiologe», 1962, Bd 2, № 12.
230. Bouwers A. Verkiirzung der Aufnahmezeit durch eine neue
Belastungsmethode. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1933, Bd 47,
№ 6.
231. Mester H. Optimale Rohrenbelastung bei Arbeiten mit dem
Belichtungsautomatem. — «Rontgenstrahlen», 1963, № 10.
232. Ш в a p ц м а н A. 3., Ярославский В. Л. Некоторые во-
просы работы рентгеновской трубки в режиме падающей нагруз-
ки.— Радиац. техника (Труды ВНИИРТ), вып. 7, М., 1971.
233. W a t a n a b е Н. et al., Capacitor-discharge type mobile x-ray
apparatus for use in wards. — «Toshiba Rev.» (Internation. Ed.),
1969, № 43.
234. Алеев П. А. и др. Новый стационарный рентгенодиагности-
ческий аппарат РУМ-22. — «Вести, рентгенол. и радиол.», 1970,
№ 6.
235. Блинов Н. Н. и др. Мощный стационарный рентгенодиагно-
стический аппарат РУМ-16. — Радиац. техника (Труды
ВНИИРТ), вып. 1, 1967.
236. Franke К., Gulden Е., Не use Н. Elektromcchanisches
Rechnenwerk fiir die iRontgen-Diagnostik. — «ETZ-В», 1959, Bd 11,
№ 7.
462
237. Porkristl A. Der «Computer» in Rontgengenerator. — «Elec-
tromedica», 1969, № 2.
238. Mohr H. Geringere Strahlenbelastung fur Arzt und Patient
Neuerungen an einem Untersuchungsgerat. — «Rontgenstrahlen»,
1963, № 10.
239. M oh r FI. A new diagnostic table, the Diagnost-70. — «Medica-
mundi», vol. 11, № 1, 1965.
240. Fenz K. Geometric und Kinematik der Schichtaufnahmen.—
«Der Radiologe», 1962, Bd 2, № 12.
241. West r a D. Zonographie, die Tomographie mit sehr geringer
verwischung. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1962, Bd 97, № 5.
242. Sti eve F. Die automatische Belichtung von Schichtaufnahmen.—
«Electromedica», 1969, № 4.
243. F i n к e n z e 11 e r J., G a j e w s к i H., Denis X. Geiate fiir
die Einbeziehung der Schichtuntersuchung in den allgemeinen
rontgendiagnostische Betriebe. — «Der Radiologe», 1968, Bd 8,
№ 9.
244. Э к к a p т Ф. Электронно-оптические преобразователи изобра-
жении и усилители рентгеновского изображения, пер. с нем.
М., 1961.
245. К uh 1 W., Van Overh a gen J. A 9-inch x-ray image in-
tensifier with variable magnification. — «Medicamundi», vol. 11,
1965.
246. В о t d e n P. Some remarks on intensification, contrast and
detail in x-rav image intesifiers. — «Medicamundi», vol. 8, № 3/4,
1962.
247. Stahnke 1., Heinrich H., Fenner E. Die Modulations-
Ubertragung-Funktion des elektronenoptischen Rontgen-Bildvers-
tarkers. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1966, Bd 105, № 1.
248. J 6 11 e n G., Maurer H. Bildverstarker-Aufnahmetechnik auf
70-mm-Format. — «Rontgenstrahlen», 1964, № 12.
249. G о r i s s e n A. Exposing and processing x-ray cine films. —
«Medicamundi», vol. 12, № 2, 1967.
250. Birken H. Eine neue Transistor-Fernsehanlage mit Plumbi-
konrohre fur die Rontgenfernsehdurchleuchtung. — «Rontgenstrah-
len», 1964, № 12.
251. Pinzer H. Die Bildverstarker-Fernscheinheit Sirecon. — «SRW-
Nachrichten», 1964, № 23.
252. Birken H., Gramsbergen E. Fluoroscopy stabilization
in diagnostic television radiography. — «Medicamundi», vol. 14,
1965, № 1.
253. Feddema J. The universal ring stand. — «Medicamundi»,
vol. 10, 1965, № 2.
254. Dumisch O., Kiinne K. — «SRW-News», 1965, № 26.
255. Schorr H., Finke nzeller J., Das Orbiskop — ein Rontgen-
diagnostikgeriit mit freiziigeger Projektionsmoglichkeit. — «Elec-
tromedica», 1969, № 4.
256. Nagai K., S a s a k i K. Diagnostic x-ray apparatus using tele-
vision system. — «Toshiba Rev.» (Internation. Ed.), 1969, № 43.
257. Matsu ba FL et al. X-ray television installation provided with
a full size roll film changer fod mass survey of gastroduodenal
diseases. — «Amer. Journ. Roentgenol.», 1970, vol. 108, № 4.
258. FI a s 1 a u e r H., S t e i n e r K. Der Rontgenbandspeicher in der
radiologischen Funktiondiagnostik. — «SRW-Nachrichten), 1964,
463
259. Birken H., J often G. Bildbandaufzeichnung in der Durch-
leuchtungstechnik.— «Rontgenstrahlen», 1965, № 14.
260. Zieler E., Wester к ows к у К. The ampliscope an expe-
rimental apparatus for «harmonizing» x-ray images. — «Philips
Techn. Rev.», 1963, vol. '24, № 9.
261. Fuchs W., Messerschmid U. Die elektronische Detailver-
deutlichung bcim Rontgenfernsehen. — «Fortschr. Rontgenstr.»,
1966, Bd 105, № 2.
262. Ziedses des Plantes B. Das electronische Subtraktionsverfahren.—
«Electromedica», 1968, № 1.
263. Groh F., H a e n d 1 e J. Harmonisierung und Farbsubtraktion.—
«Electdomedica», 1968, № 3.
264. Ч и к и p д и и Э. Г. Рентгеновские флюорографические аппара-
ты. М., 1970.
265. R б m h i 1 d t К. Aufbausystem moderncr Angiographie-Einrich-
tungen. — «SRW-Nachrichten», 1966, № 28; «Electromedica»,
1967, № 1.
266. Рудерман А. И. Близкофокусная рентгенотерапия. M., 1968.
267. G 1 о d e H. Der Stabilipan — ein Tifentherapiegenerator mit
Rontgenspannungen bis 300 kV. — «SRW-Nachrichten», 1961,
№ 14.
268. Wichmann H. Hartstrahltherapie. Ein neuer Weg der Ront-
gentherapie. — «Fortschr. Rontgenstr.», 1967, Bd 106, № 4.
269. Friedmann M., Dresner J., Hine G. Supervoltage (2000
kilovolt roentgen rays) irradiation with a resonant transformer
generator. — «Amer. Journ. Roentgenol.», 1955, vol. 73, № 3.
270. Trump J., V a n de G r a a f f. A compact pressure-insulated
electrostatic x-ray generator. — «Phys. Rev.», 1939, vol. 55,
№ 12.
271. Buech er W. W. Et al. Electrostatic accelerator for electrons.—
«Rev. Scient. Instr.», 1947, vol. 18, № 10.
272. T s i e п K., R о b b i n s R. A comparison of a cobalt-60 telethe-
rapy unit and a 2 MeV Van de Graaf x-ray generator on the
basis of physical measurements. — «Radiology», 1958, vol. 7,
№ 4.
273. Kishi K. Radiotherapy treatment planning apapratus. — «Toshi-
ba Rev.» (Internation. Ed.), 1969, № 43.
К ГЛАВЕ 6
274. Баран E. С., Галактионов В. И. Рентгеновские аппа-
раты для просвечивания материалов (из опыта завода «Мос-
рентген»). М., 1963.
275. «Pipeline Crawler» seeks defect in welded joints. — «Materials
evaluation», 1969, vol. 26, № 7.
276. Комяк H. И., Пел икс E. А. Новые импульсные рентгенов-
ские аппараты типа ИРА-1 и ИРА-1Д. — «Дефектоскопия»,
1967, № 5.
277. Комяк II. И., Пел и кс Е. А. Генераторы наносекундпых
рентгеновских вспышек типа ИРА-3 и ИРА-5. — «Дефектоско-
пия», 1971, № 3.
278. А л ь б с р т и н с к и й Б. И. и др. Передвижная рентгеновская
установка на базе резонансного трансформатора. — «Дефекто-
скопия», 1971, № 5.
464
279. А л ь б е р т и п с к и й Б. И. и др. Отпаянная секционированная
рентгеновская трубка на напряжение 1 млн. вольт, там же
где [Л. 278].
280. Charlton Е. et al. A new million volt x-ray outfit. — «Journ.
Appl. Phys.», 1939, vol. 10, № 6.
281. Charlton E., Westen dorp W. A portable million-volt
x-ray outfit for industrial laboratories. — «Gener. Electr. Rev.»,
1941, vol. 44, № 12.
282. Charlton E., Westendorp W. Mobil industrial x-ray
unit. — «Electronics», 1944, Dec.
283. W e s t e n d о r p W. Resonant-transformer electron-beam genera-
tor. — «Radiation Sources», edited by Charlesby, London, 1965.
284. Абрамян E. А. Сильноточные ускорители-трансформаторы,
ИЯФ 18-70, Новосибирск, 1970.
285. Зеленский К. Ф., Печерский О. П., Цукерман В. А.—
«Журп. техн, физ.», 1968, т. 38, № 9.
286. Зеленский К. Ф. и др. Мощный импульсный генератор ко-
ротких вспышек рентгеновских лучен. — «Приб. и техн, экспе-
рим.», 1969, № 4.
287. Dyke W., Grundhauser F. A new cineradiographic sys-
tem.— «Materials Evaluation», 1965, vol. 23, № 4.
288. Recent advances in high-speed photography with x-rays and
electrons. — «Technical bulletin, Field Emission Corporation»,
1967, vol. 6, № 1.
289. 2 nanosec photon with super radiant light. — «Technical bulletin,
Field Emmission Corporation», 1969, vol. 7, № 2.
290. Комяк H. И., Пел икс E. А., К у p б а т о в В. М. Импульс-
ные рентгеновские аппараты с трансформаторным источником
высокого напряжения. — «Аппаратура и методы рентген, ана-
лиза», вып. 2, Л., 1967.
291. Hartmann F. The X-ray mapping of flaws by computer gra-
phics.— «Materials Evaluation», 1969, vol. 27, № 8.
292. Dyke W., Grundhauser F. A new cineradiographic sys-
tem.— «Materials Evaluation», 1965, vol. 23, № 4.
293. McMaster R., Photen M., Mitchell J. The X-ray vidi-
con television image system. — «Materials Evaluation», 1967,
vol. 25, № 1.
294. Ровинский Б. M., Лютцау В. Г. и Авдеейко А. И.
Рентгеновская теневая микроскопия. — «Изв. АН СССР, сер.
физ.», т. XXIII, 1959, с. 545—552.
295. Иоффе 10. К., FI и к о л а е н к о Г. М. Система промышлен-
ных отпаянных трубок для структурного анализа. Тезисы док-
лада на семинаре «Новые разработки в области рентснострук-
турного анализа». ЦНИИТЭИ приборостроения, Москва, 1969.
296. S t г i р а у R., Beckman W. The development and use of
fluoroscopy for the inspection of the longitudinal weld of double
submerged-arc weldid line pipe. — «Materials Evaluation», 1968,
vol. 27, № 7.
297. Уманский M. M., X e й к e p Д. M. Аппаратура рентгено-
структурных исследований. — «Приборы и техника эксперим.»,
1971, № 3.
298. Иоффе 10. К., Николаенко Г. М., Фридман Е. М.
Новые промышленные рентгеновские трубки для структурного
анализа. — «Заводск. лаб.», 1967, т. 23, № 6.
465
299. Хайкер Д. М., Зев ин Л. С. Рентгеновская дифрактометрия,
М., 1963.
300. Иоффе Ю. К. Рентгеновские установки для структурного
анализа с ионизационной регистрацией типа УРС-50И и
УРС-25И. — «Кристаллография», 1956, т. 1, вып. 4.
301. Уманский М. М. и др. Рентгеновский дифрактометр общего
назначения ДРОН-1. — «Аппаратура и методы рентген, анали-
за» вып. 1, Л., 1967.
302. С о сфен о в Н. И., и др. Автоматический малоугловой рент-
гендифрактометр АМУР-1. — «Аппаратура и методы рентген,
анализа», вып. 5. Л., 1969.
303. Мясников Ю. Г. и др. Рентгеновский дифрактометр ДРК-2
для ориентации кварцевых пластин. Там же, где [Л. 301].
304. В и н о г р а д о в а В. Т. и др. Промышленный рентгеновский
дифрактометр для исследования радиоактивных материалов
с дистанционным управлением типа ДРД-1. Там же, где
[Л. 301].
305. Хейкер Д. М. и др. Конструкция автоматического дифракто-
метра для исследования монокристаллов ДАР-1. — «Аппарату-
ра и 'методы рентген, анализа», вып. 3, Л., 1968.
306. Gath Р., L a d е 1 1 J. Principals and design of the automatic
single-crystal diffractometer system Pailred. — «Philips Techn.
Rev.», 1968, vol. 29, № 6.
307. Wytzes S. An automatic X-ray spectrometer. — «Philips Techn.
Rev.», 1966, vol. 27, № 11.
308. Смирнов Л. А. и др. Рентгеновский квантометр для це-
ментной промышленности. — «Аппаратура и методы рентген,
анализа», вып. 1, Л., 1967.
309. Барский С. М. и др. Новые промышленные флуоресцентные
вакуумные рентгеновские квантометры. — «Аппаратура и мето-
тоды рентгеновского анализа», вып. 7, Л., 1970.
310. Блохин М. А. и др. Модернизированный флуоресцентный
рентгеновский анализатор содержания меди в технологических
продуктах медеплавильного производства типа ФРА-1М.—
«Аппаратура и методы рентген, анализа», вып. 3, Л., 1968.
311. Ленин С. С. и др. Флуоресцентный рентгеновский анализатор
типа ФРА-4. — «Аппаратура и методы рентген, анализа», вып. 6,
Л., 1970.
312. А б Э. А. и др. Транспортабельный прибор для скоростного
рентгеноспектрального анализа. — «Аппаратура и методы рент-
ген. анализа», вып. 9, Л., 1971.
313. А б Э. А., Г о р д и н В. Л., Е р о х и н В. Н. Переносный при-
бор для скоростного рентгеноспектрального анализа в полевых
и производственных условиях. — «Аппаратура и методы рент-
ген. анализа», вып. 8, Л.. 1971.
314. Фетисов Д. В. и др. Растровый электронный микроскоп —
рентгеновский микроанализатор с электростатической электрон-
ной оптикой. — «Аппаратура и методы рентген, анализа», вып. 6,
Л., 1969.
315. Бирке Л. С. Рентгеновский микроанализ с помощью электрон-
ного зонда, пер. с англ. М., 1966.
316. Затуловский В. И., Нарядчиков Д. И. Рентгеновские
установки как источники излучения для радиационно-химиче-
466
Ских исследований. — «Атомная техника за рубежом», 1969,
№ 9.
317. Хрущев В. Г. Установки для экспериментальных облучений.—
«Труды конференции по медицинской радиологии (вопросы
гигиены и дозиметрии)». М., 1957.
318. Rajewsky В. X-ray equipment for food irradiation. — Proc,
internation, symp. food irrad., June 1966, Vienna, 1966.
319. Hofmann E.-G. Eine Hochleistungs-Rontgenanlage fur «For-
schung und Industrie. — «ETZ-В», 1962, Bd 14, № 14.
320. Hofmann E.-G., Offermann В. P., S t о 1 1 e H. Hochleis-
tungsrontgenanlagen und ihr Einsatz fur die Strahlenpasteuri-
sierung von Frishfisch. — «Kerntechnik», 1968, Bd 10, № 10.
321. Hofmann E.-G. Hochleistungsrontgenanlagen zum Sterilisieren
medizischer Verbrauchsguter. — «Rontgenpraxis», 1970, Bd 23,
№ 3.
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Автоматы максимального тока 159,
160
— экспозиционные 338
Автотрансформатор регулировоч-
ный 104, 147, 245, 294, 310
Ангиокардиография 55, 269, 387
Анодные характеристики рентге-
новских трубок 85
Аппаратура рентгеновская 7
Аппараты рентгеновские 7
----АРД-2 315, 322, 333, 354, 398
----ИРА-2Д 408, 446
----РТД-1 417,
----РУМ-4М 142, 349, 398
----РУМ-5 315, 324
----РУМ-Ю 316, 324, 337, 355, 363,
398
----РУМ-13 167, 400
----РУМ-15 144
----РУМ-16 139, 318, 329, 356, 363,
398
----РУМ-17 400
----РУМ-22 167, 330, 353, 355, 363,
398
----РУП-120-5 403, 446
----РУП-150-10 446
----РУП-150/300 410, 446
----РУП-200-5 144, 403, 446
----РУП-400-5 414, 446
----РУТ-60-20-М 390, 400, 403
----УРС-50-И-М 446
----ФРК-1Б 448
----ЭЛИТА 419
----ЭЛТ 419
----5-Д-1 398
----8-Л-З 176, 348, 398
----12-П-5 352, 398
----12-Ф-4 398
---- для облучения в технологиче-
ских целях 183, 444
Безвснтильная схема 182, 185, 236
Бетатроны 58
«Близкофокусная терапия» 56, 390
Вариаторы 156, 165
Вентили электрические 9, 131
Вентиль в первичной цепи транс-
форматора 192
Вибрационные решетки 38
Включение и отключение питающе-
го устройства 154
— при холостом ходе 249
Внешние характеристики питающе-
го устройства 105
Внутриполостная терапия 56, 391
468
Вспомогательное рентгеновское
оборудование 8
Вторичные характеристики излуче-
ния 25
Выбор напряжения на трубке 41
Выдержка снимка 273
Выпрямители 9, 103
Выпрямительные схемы 181, 236
Выравнивание яркости изображе-
ния 377
Высоковольтные триоды 171, 331
Гармонизация рентгеновского изо-
бражения 381
Генератор высоковольтный 8, 103,
136
Глубокая терапия 56, 393
Градуировочные характеристики 177
Двенадцатифазные схемы выпрям-
аения 214, 220, 236, 248
Двухполупериодные схемы 200, 236,
247
Двухоперационная работа 389
Дебая—Шеринга метод 62
Диафрагмы 97
Дифрактометры 64, 427, 448
— АМУР-1 435
- ДРД-4 435
— ДРК-2 435
— ДРОН-1 432, 448
- КРМ-1 435, 438
Дифракция рентгеновских лучей 25,
60
Длительная работа аппарата 109
Доза излучения 44
— экспозиционная 40, 48
— — предельно-допустимая 51
Дозиметры 46
Заземление 103
Запас электрической прочности 10,
107
Защита от повышения напряжения
161
— — рентгеновских лучей 50, 98
Защитные кожухи 9, 51, 68, 256
Защиты питающего устройства 160
Зеркало анода 70
Излучатели рентгеновские 8, 68, 92
Изоляция высоковольтная 125
Импульсное питание рентгеновской
трубки 287
Импульсные рентгеновские аппара-
ты 10
Интенсивность излучения 15
Интервал логарифмов экспозиций
40
— плотностей 40
Информация диагностическая 269
Ионизационные камеры 43
Ионные рентгеновские трубки 8
Испытания рентгеновских аппара-
тов 256
--- трубок 91
Источники высокого напряжения 9
Кабели рентгеновские 10. 99
Кабельные наконечники 101
Каскадные высоковольтные транс-
форматоры 414
Кассеты 34, 55, 364
«Квантик-контроль» 337
Квантометры рентгеновские 439,
448
Кенотроны 131
Кожно-фокусное расстояние 56
Компенсационный трансформатор
319
Компенсация падения напряжения
159, 351
Конденсаторы высоковольтные 4,
136
Контраст изображения 35, 39, 272,
273, 278, 307, 376
Контроль анодного тока 179
— напряжения на трубке 177
Короткие замыкания 25)
Коррекция напряжения сети 312
Коэффициент контрастности 41
— нагрузки 283
Кратковременная мощность 76
—- работа аппарата 109
Ксерорадиография 42
Лаус метод 62
Линейные ускорители 58
Лучи рентгеновские 6, 13
Люминесцентные сепараторы 444
Магнитная запись изображения 380
Магнитопроводы трансформаторов
112
Маслорасшпрители 94, 139, 142
Масло трансформаторное 139
Массовый коэффициент ослабления
24
Метод вращения монокристалла 62
— субтракции 382
Микроанализаторы рентгеновские
442
— «Зонд» 443
Микро- и наносекундная техника
263
Микроскопы рентгеновские 421
---МИР-2 424
Микрофокус 63
Миллисекундная техника 257
Минимальная длина волны 16
Моноблоки 127, 128, 136 140, 182,
256, 267, 268, 358, 405, 409
Мощность дозы излучения 44
— экспозиционной дозы 40, 46
Нагрузочная характеристика рент-
геновской трубки 78, 178
--- рентгеновского аппарата 178
Напряжение рабочее рентгеновско-
го аппарата 10
Негатоскопы 35, 39
Непрерывный спектр торможений
13, 15
Нерезкость 324
Облучение в технологических целях
6/, 444
Обмотки трансформатора 112
Обнаруживаемость деталей 39
Обратный рентген 33
Однополупериодные схемы 178, 195,
236, 247
Однофазные аппараты 281
— выпрямительные схемы 182, 236
«Оптический» фокус 69
Ослабление рентгеновских лучей 23
Отдача рентгеновская 18
Отсеивающие решетки 272, 364
Охлаждение трубок 71
Оценка рентгеновского излучения
43
Падающая нагрузка 343
Падение напряжения в главной це-
пи 242, 294
«Панорамное» просвечивание 80
Параметры трансформатора 118
Передвижные аппараты 267, 348
Переносные аппараты 268
. Переключатели 149
Перенапряжения 11, 249
Питающие устройства рентгенов-
ские 8, 102
Пленки рентгеновские 33
Плотность интенсивности излуче-
ния 17
— почернения пленки 38, 39, 272,
307
Поверхностная терапия 55
Повторно-кратковременная работа
аппарата 109
Поглощение рентгеновских лучей
23
Подвижное облучение 395
Полый анод 81, 82
Потеря вакуума трубкой 251, 253
— напряжения сети 246
Предварительная установка режи-
ма 307
Предпоказывающие приборы и
шкалы 311
Прицельные снимки 274, 292, 364
«Проницаемость» рентгеновских
трубок 87
Просвечивания 31, 54, 270
Пульты управления 8, 10, 103
Разрешающая способность 32
Рассеяние рентгеновских лучей 23
Рассеянное излучение 36
Расчетная мощность трансформато-
ра 121
Регулирование анодного тока 153,
318
— выдержки 319
— контраста 319, 376
— напряжения на рентгеновской
трубке 129, 146, 245, 310
Режимы работы рентгеновских
аппаратов 169
Резкость рентгеновского изображе-
ния 32, 273, 275, 307
Реле времени 157, 307, 319
— — синхронизированные 250, 323
— задержки 159
— защиты 159
— количества электричества 308
4G9
Реле максимального тока 160
— экспозиции 48, 307, 338
----ионометрического типа 339
----фотометрического типа 339
Рснтгенодефектоскопичсскис аппа-
раты 144, 146, 402, 446
Рентгенодефектоскопия 7, 34, 58
Рентгенодиагностика 7, 53
Рентгенодиагностическис аппараты
266
Рентгенометры 46
Рентгенокиносьемка 55, 271, 371, 378
Рснтгепоспектральпыс аппараты
167, 170, 172, 178, 182, 436, 448
----БАРС-1 441
- _ ФРС-2 436, 448
Рентгеноспсктральный анализ 7, 61,
64
Рентгеноструктурные аппараты 167,
172, 178, 427, 446
----МАРС-1 428, 446
----МАРС-2 429
----УРС-55а 427, 446
----УРС-60 430, 446
Рентгеноструктурный анализ 7, 60
Рентгенотелевидение 39, 55, 270, 276,
365, 372, 379
Рентгенотелевизионные микроскопы
МТР-ЗИ и МТР-4 425
Рентгенотерапевтические аппараты
300, 400
Рентгенотерапия 55, 241
Рентгенэкспонометр 338
Реостаты регулировочные 153
Ротационное облучение 395
Световозбуждающее действие рент-
геновских лучей 31
Секционированные рентгеновские
трубки 82, 417
Селеновые выпрямители 9, 131, 133
Слой половинного ослабления 27
Снимки рентгеновские 31, 54, 270
Спектрографы 65
Спектрометры рентгеновские 439,
448
Сравнение выпрямительных схем
237
Среднее значение тока трубки 20
Средства защитные 52
Стационарные рентгеновские аппа-
раты 353
Стабилизаторы 161, 163
Стабилизация тока рентгеновской
трубки 173
Стенки для снимков 55
Столы 11, 55
Столы-штативы 11, 54, 361, 379
Стробоскопический эффект 38
Схема Аркадьева—Маркса 266
— умножения напряжения 235
— учетверения напряжения 235
Схемы удваивания 224 , 236 , 247, 251
Сцинтилляционные счетчики 49
Счетчики частиц 43, 48, 64, 66
Таблицы экспозиций 274, 307
Телеуправляемые столы-штативы
379
Тепловые режимы трубок 289
Теплоемкость анодного диска 281,
290
— излучателя 293
Тест-объекты 32
Томография 55, 365
Трансформаторы высоковольтные 9,
103, 111
— накала 136
— резонансного типа 397
— с переменным коэффициентом
трансформации 129
Трехфазныс рентгеновские аппара-
ты 281
— выпрямительные схемы 182, 205,
236, 248, 358
— питающие устройства 153
— трансформаторы 118
Трубки рентгеновские 8, 66, 68
---- для структурного анализа 63,
79, 427
----импульсные 9, 264, 409
----микрофокусныс 423, 428
----с вращающимся анодом 77,
283
— — секционированные 397
----с управляющей сеткой 21, 257,
264, 331, 353, 372
— — трехэлектродные 21, 257, 261,
331, 353, 372
— рентгенодефектоскопические 80
— рентгенодиагностическис 280
Трубок рентгеновских обозначения
83
Тубусы 97, 364
Ускорители-трансформаторы 419
Усилители яркости рентгеновского
изображения 39, 55, 59, 270, 276,
365, 368
Успокоительные резисторы 91, 106,
252
Фильтрация излучения 28
Фильтры 29, 96
Флуоресцентный метод 65, 436
Флуорография 42, 269, 271, 291, 339,
383
Фольги свинцовые 34, 38
Фокус трубки 13, 69
Фотографическое действие рентге-
новских лучей 31
Характеристика хочостого хода 178
Характеристический спектр 13, 15,
21
«Хирургические» аппараты 269, 386
Чувствительность экрана 32
Шестифазпое выпрямление 205, 217,
236, 248, 282, 436
Штативы И, 54, 55, 56
Экраны рентгеновские 31
— усиливающие 34
Экспозиметр 338
Экспозиция 272
Электронно-оптический преобразо-
ватель рентгеновский 368
Электронные рентгеновские труб-
ки 8
Элсктрорснтгенография 42
Эмиссионный метод 65
Эффективная длина волны 28
Эффект Комптона 25
470
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ................................................ 3
От издательства ... 5
Введение ................................................... 6
Глава первая. Краткие сведения о рентгеновских лучах 13
1-1. Генерирование рентгеновских лучей .... 13
1-2. Ослабление рентгеновских лучей веществом . . 23
1-3. Световозбуждающее и фотографическое действия
рентгеновских лучей ............................. 31
1-4. Количественная и качественная оценка рентгенов-
ского излучения...................................43
1-5. Защита от рентгеновских лучей.................50
1-6. Применение рентгеновских лучей в медицине и
технике............................................53
Глава вторая. Рентгеновские излучатели .... 68
2-1. Рентгеновские трубки..........................68
2-2. Электрические характеристики рентгеновских тру-
бок ...............................................84
2-3. Рентгеновские излучатели..........................92
2-4. Высоковольтный рентгеновский кабель ... 99
Глава третья. Рентгеновские питающие устройства . . 102
3-1. Общие соображения................................102
3-2. Главные трансформаторы...........................111
3-3. Параметры R, L и С главного трансформатора . 118
3-4. Представление о расчете главного трансформатора 121
3-5. Главные трансформаторы с переменным коэффи-
циентом трансформации............................129
3-6. Высоковольтные вентили...........................131
3-7. Высоковольтные генераторы........................136
3-8. Регулировка напряжения на трубке и тока трубки 147
3-9. Включение и отключение питающего устройства . 154
3-10. Автоматика в рентгеновских питающих устройствах 159
3-11. Стабилизация работы питающего устройства . . 162
3-12. Контроль напряжения на трубке и ее анодного тока 177
Глава четвертая. Выпрямительные схемы рентгеновских
питающих устройств.....................................181
4-J. Общие соображения................................181
4-2. Однополупериодная безвентильная схема . . . 185
471
4-3. Однополупериодная вентильная схема . . . 195
4-4. Двухполупериодная схема......................200
4-5. Схемы с шести- и двенадцатифазным выпрямле-
нием .......................................205
4-6. Схема удваивания с пульсирующим напряжением 224
4-7. Схема удваивания со сглаженным напряжением . 229
4-8. Сравнение выпрямительных схем по рентгеновскому
излучению.........................................237
4-9. Падение напряжения в главной цепи питающего
устройства........................................242
4-10. Перенапряжения в питающих устройствах . . 249
4-11. Импульсное питание рентгеновской трубки . . 257
Глава пятая. Рентгеновские аппараты медицинского на-
значения ..............................................266
5-1. Рентгеподиагностические аппараты .... 266
5-2. Рентгенодиагпостнческие исследования . . . 269
5-3. Рентгеподиагностические трубки....................280
5-4. Падение напряжения в главной цепи рентгенодиаг-
постического аппарата.............................294
5-5. Системы регулировок рентгеподнагностнческого
аппарата..........................................307
5-6. Реле экспозиции и падающая нагрузка . . . 338
5-7. Рентгеподиагностические аппараты общего назна-
чения ............................................348
5-8. Усилители яркости рентгеновского изображения,
рентгенокиносъемка и рентгенотелевидепне . . 368
5-9. Специализированные рентгенодиагностическне ап-
параты и устройства..............................383
5-10. Рентгенотерапевтические аппараты............390
Глава шестая. Рентгеновские аппараты технического на-
значения ..............................................402
6-1. Рентгенодефектоскопические аппараты .... 402
6-2. Рентгеновские микроскопы....................421
6-3. Рентгеновские аппараты для структурного анализа 427
6-4. Рентгеновские аппараты для спектрального ана-
лиза ............................................436
6-5. Рентгеновские аппараты для облучения в техноло-
гических целях ..................................444
Список литературы ........................................ 452
Алфавитный указатель......................................468
1 р. 46 к.