Введение к работе
Актуальность темы. Среди технических средств, применяемых для керазрушающего контроля качества промышленной продукции, исследования кристаллической структуры материалов, медицинской диагностики и других целей, важное место занимает портативная микрофркусная рентгеновская аппаратура. Функциональные возможности аппаратуры в решающей степени зависят от параметров ее основного, элемента - рентгеновской трубки.
Развитие микрофокусных рентгеновских трубок в настоящее время идет как по пути создания приборов широкого назначения, так и по пути создания специализированных конструкций, предназначенных для решения определенных задач в,той или иной области и в наибольшей степени отвечающих требованиям этих вадач. В последние годы возникла настоятельная потребность в микрофокусных трубках для специальных стоматологических исследований, технической вычислительной микротомографии, измерения механических напряжений в металлоконструкциях.
Некоторые задачи в области челюстно-лицевой хирургии и стоматологии (панорамная рентгенография лицевых костей черепа, получение в один прием снимка всех зубов верхней и нижней челюстей и другие) могут быть решены, если источник излучения -фокусное пятно рентгеновской трубки - расположить непосредственно в полости рта. Для 'этого необходимы специальные микрофокусные трубки с вынесенным анодом, установленным в конце доста-. точно длинной полой анодной трубы небольшого диаметра, имеющие соответствующую диаграмму направленности излучения.
Для вычислительных микротомографов требуются микрофокусные рентгеновские трубки на напряжение 150 кВ и более с высокой интенсивностью рабочего пучка излучения. В применяемых в настоящее время трубках с "классическим" прострельным анодом (с бе-риллиевой подложкой) достигнуты предельные значения мощности. Поэтому для сокращения дорогостоящего времени получения послойных изображений исследуемого объекта необходимо создать трубки с прострельными анодами других типов, обеспечивающими решение проблемы повышения интенсивности излучения.
Исключительно важное техническое и социальное значение
имеет контроль механических напряжений в элементах конструкций
атомных и тепловых электростанций, летательных аппаратов, мос
товых сооружений и других ответственных объектов. Замена рент
геновскими трубками гамма-активных нуклидов, применяемых в нас
тоящее время в качестве источника излучения в переносной диф-
рактометрической аппаратуре для измерения напряжений, не только
расширяет возможности ее использования, но и решает проблемы,
связанные с заменой, транспортировкой и захоронением нуклидов,
и облегчает обеспечение радиационной зашиты обслуживающего пер
сонала. -,""-
Решению комплекса вопросов, связанных с созданием трубок для перечисленных выше областей медицины и техники и посвящена работа.
Цель работы. Разработка методов расчета, принципов построения и конструкций микрофокусных рентгеновских трубок для стоматологии, микротомографии и измерения механических напряжений; изготовление, испытание и внедрение разработанных трубок.
Научная новизна работы заключается в следующем: 1., Определена эффективная толщина ослабляющего слоя тяжелоатомных мишеней прострельных анодов.
-
Предложен простой метод расчета мощности экспозиционной дозы тормозного излучения рентгеновских трубок с прострельными анодами. , .
-
Решены краевые задачи теплопроводности для массивных и прострельных анодов микрофокусных трубок, не имеющих специальных охлаждающих устройств, в том числе для прострельных анодов трубок с линейным фокусным пятном.
-
Определена номинальная мощность рентгеновских трубок с подложкой прострельного анода из синтетического- алмаза; рассчитан .выигрыш в интенсивности тормозного и.характеристического излучения,'t который может быть обеспечен при замене в трубках бериллиёврй подлочки анода подложкой из алмаза.
5..Предложены конструкции прострельных анодов с теплоотво-дящим слоем иа' меди; теоретически показано и экспериментально подтверждено, что использование таких анодов позволяет создать
микрофокусные трубки на номинальное напряжение 150 кВ и выше с существенно более высокой интенсивностью рабочего пучка, чем у соответствующих трубок с "классическим" прострельным анодом.
Практическая ценность работы,
-
Использование разработанных методов расчета параметров микрофокусных рентгеновских трубок позволяет повысить технический уровень проектируемых приборов, сократить время, затрачиваемое на проектирование, и материальные расходы на моделирование и макетирование.
-
Использование предложенных конструкций прострельных анодов' с теплоотводящим слоем из меди дает возможность значительного увеличения интенсивности излучения высоковольтных микрофокусных рентгеновских трубок по сравнению с серийными приборами.
-
На основе выполненного анализа и экспериментальных исследований разработаны и внедрены в производство новые, не имеющие зарубежных аналогов конструкции специализированных микрофокусных рентгеновских трубок технического и медицинского назначения .
Научные положе.щя, выносимые на защиту.
-
Эффективна! тэлшина ослабляющего слоя тяжелоатомной мишени прострельного анода рентгеновской грубки может быть определена для фотонов тормозного излучения разной энергии є как Хт(є) = hM(Uc) - 0,25x3(U), где hM(Uc) - толщина мишени,, рассчитанная для.среднего в рабочем диапазоне значения напряжения UcJ хэ(11) - средний пробег электронов в веществе мишени при напряжении на трубке U < (1,4 - 1,5)UC.
-
Учет низкоэнергетической границы непрерывного спектра, обусловленной самопоглощением излучения в мишени прострельного анода рентгеновской трубки, позволяет, используя формулу Кра-мерса, создать простую методику расчета мощности экспозиционной дозы излучения для диапазона напряжения на трубке 40 - 100, кВ.
.. 3. Замена в микрофокусных рентгеновских трубках на напряжение 150кВ и выше бернллиевой подложки прострельного анода на подложку из медной фольги, имеющую меньшую прозрачность к рент-
геновскому излучению, но более высокую теплопроводность, позволяет путем увеличения мощности электронного пучка трубки существенно повысить интенсивность излучения; выигрыш в интенсивности тем больше, чем выше напряжение на трубке и меньше диаметр фокусного пятна, и может достигать 2-х раз и более.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной ра-.боты докладывались и обсуждались на
- Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективы развития рентгеновских трубок и аппаратуры", Л., 1990;
Четвертой международной конференции по электронно-лучевым технологиям, Варна, Болгария, 1994;
Научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета, 1992-1995 гг.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ (из них 7 статей, 1 доклад на международной конференции).
Реализация и внедрение результатов.
Результаты диссертационной работы внедрены и ' используются в АОЗТ "Светлана - Рентген" и МП "Элтех" (г. С-Петербург); АОЗТ МНПО "Спектр" (г. Москва).
Структура и объем работы.
Диссертация, ^состоит из введения, пяти глав,- заключения и списка литературы, включающего 98 наименований. Основная часть работы изложена на 152 станицах машинописного текста. Работа содержит 45 рисунков и 10 таблиц.
