Рентгеновские аппараты.

Рентгеновским аппаратом называют совокупность технических средств, предназначенных для получения и использования рентгеновского излучения. В общем случае рентгеновский аппарат состоит из трех основных частей:

· рентгеновского излучателя, включающего рентгеновскую трубку, являю­щуюся высоковольтным электровакуумным прибором, заключенную в защитным кожух;

· рентгеновского питающего устройства, включающего в свой состав высоковольтный генератор и пульт управления;

· устройства для применения рентгеновского излучения, служащего для приведения в рабочее положение излучателя.

В общем виде данные аппараты состоят из рентгеновской трубки, высоковольтного генератора и пульта управления. По условиям, в которых они подлежат эксплуатации, рентгеновские аппараты подразделяют на стационарные , переносные и импульсные.

В переносных аппаратах высоковольтный трансформатор и рентгеновская трубка смонтированы в единые защитные блоки – моноблок, с охлаждением воздушным или масленым. Их основное преимущество — малые габариты и масса. Недостатки — небольшая длительность непрерывной работы. Переносные аппараты-моноблоки используют обычно в полевых и монтажных условиях. Примерами данных аппаратов являются Рентгеновские аппараты Ратмир 250, РПД-200, ИНТРОВОЛЬТ-180, ERESCO 32 MFC3 и др. Часто маркировка в отечественных аппаратах сопровождается названием рентгеновского аппарата (фирма производитель) последующие цифры обозначают — напряжение в кВ. В импортных аппаратах сначало сопровождается названием рентгеновского аппарата (фирма производитель) а потом глубина просвечивания по стали в мм. Пример ERESCO 32 MFC3: ERESCO — название аппарата, 32 — глубина просвечивания по стали в 32мм.

Стационарные рентгеноаппараты обычно предназначены для работы в цеховых условиях. Они состоят из самостоятельного генераторного устройства, рентгеновской трубки и пульта управления. Рентгеновская трубка бывает с обычным и вынесенным анодом для панорамного просвечивания. При этом применяется более совершенные электрические схемы с удвоенным напряжением с двумя выпрямителями, что позволяет увеличить качество и длительность излучения. Ниже приведены примеры стационарных (промышленных) рентгеновских аппаратов выпускаемых в настоящее время ISOVOLT 320 HS, Руслан 450 CP-1, РАП-150/300, РУП-150/300 и др. Размер их фокусного пятна изменяется от 1,0x1,0 до 2,5x2,5.

Импульсные аппараты конструктивно выполнены из двух частей: блок управления и рентгеновский блок.

В основе работы импульсного аппарат лежит принцип накопления энергии за сравнительно долгий промежуток времени и последующей ее реализации за существенно более короткий промежуток времени.В отличие от предыдущих аппаратов импульсный аппарат не требует принудительного охлаждения трубки и используется в монтажных условиях. Примером малогабаритных импульсных рентгеновских аппаратов являются Арион-150, Арион-200, Арион-300, Арион-400, ШМЕЛЬ-250,АРИНА-3, АРИНА-5, АРИНА-7 и др. Характеристики аппаратов для первой и последней модели: Рабочее напряжение на аноде рентгеновской трубки,— от 150 до 600 кВ, толщина объекта контроля—10...100мм, потребляемая мощность — 100.. .450 ВА, масса — 10...22 кг. Экспозиционная доза излучения импульсного аппарата не от 20 мР до 400 мР при расстоянии 0,5 м за 100 импульсов.

Далее приведен принцип действия импульсных рентгеновских аппаратов на примере серии АРИНА.

Рис. Принципиальная схема импульсного аппарата серии АРИНА .

С1 - накопительный конденсатор; К - ключ (первичный коммутатор);

Тр - импульсный трансформатор; С2 - разрядная емкость;

Р - разрядник-обостритель; Т - рентгеновская трубка.

При замыкании ключа К предварительно заряженный накопительный конденсатор С1 разряжается через первичную обмотку трансформатора Тр. При этом во вторичной его обмотке возникает импульс высокого напряжения длительностью порядка 10-6с, заряжающий выходную емкость С2 до напряжения 100-200 кВ в зависимости от типа аппарата.

Разрядник-обостритель Р преобразует энергию, накопленную в емкости С2, в импульс высокого напряжения длительностью 10-8с, который прикладывается к электродам рентгеновской трубки Т.

В аппаратах АРИНА используется не обычная рентгеновская трубка с накальным катодом, а так называемая трубка с взрывной электронной эмиссией.

В качестве катода в такой трубке используется вольфрамовая фольга толщиной в несколько микрон.

Под действием импульса высокого напряжения очень короткой длительности (который обеспечивается разрядником - обострителем) кромка вольфрамового катода взрывается, образуется облако плазмы, которая является источником электронов. Далее процесс ускорения электронов и возбуждения рентгеновского излучения протекает так же, как и в классических рентгеновских трубках с накальным катодом.

Итак, вместо термоэмиссии - плазменная эмиссия, вместо накаливаемого катода - холодный катод.

При этом необходимым и главным условием образования электронной плазмы является короткий импульс высокого напряжения.

Импульсный трансформатор, разрядник-обостритель, вырабатывает чрезвычайно короткий импульс высокого напряжения, обеспечивающий образование электронной плазмы в районе катода рентгеновской трубки, и рентгеновская трубка располагаются в металлическом цилиндре, заполненном трансформаторным маслом. Этот цилиндр, называется высоковольтным блоком, является сердцем всего аппарата. Он определяет ресурс работы прибора, его габаритно-весовые и рентгеновские характеристики.

Гамма-дефектоскопы. Они предназначены для контроля качества изделий гамма-излучением радиоактивных изотопов. В общем случае гамма-дефектоскоп состоит из:

· источника излучения;

· защитно-радиационной головки (контейнера), служащей для перекрытия излучения радиоизотопного источника и снижения мощности дозы излучения до допустимого уровня;

· встроенных или сменных коллиматоров, обеспечивающих изменение размеров и пространственной ориентации рабочего пучка излучения;

· пульта управления пучком излучения.

В комплект гамма-дефектоскопа входят также вспомогательное оборудование и принадлежности (транспортные тележки, штативы для крепления радиационной головки, контейнеры для безопасного транспортирования и перезарядки источников излучения и др.).

Все типы выпускаемых дефектоскопов условно можно разделить на установки общепромышленного (универсальные шланговые дефектоскопы) и специального назначения для фронтального и панорамного просвечивания (затворного типа).

В универсальных шланговых (рис.1.9) дефектоскопах источник излучения может подаваться в зону контроля из радиационной головки по гибкому ампулопроводу, где формируется панорамный пучок излучения с помощью сменных коллимирующих головок. Преимущество дефектоскопов этого типа (универсальность и возможность подачи малогабаритного источника на расстояние 5-12м) перед рентгеновскими аппаратами и другими типами гамма-дефектоскопов делают их предпочтительными для радиографического контроляв нестационарных условиях, особенно при контроле изделий с труднодоступными участками.

Рис.1.9. Кинематическая схема шланговых дефектоскопов типа “Гаммарид”:

1 – приводное колесо; 2 – подающий трос; 3 – соединительный шланг; 4 – держательисточника излучения; 5 – радиационная головка; 6 – ампулопровод; 7 –коллимирующая головка

Гамма-дефектоскопы для фронтального (рис.1.10) просвечивания

предназначены для работы в полевых, монтажных условиях, когда применение универсальных шланговых дефектоскопов невозможно из-за ограниченных размеров радиационно-защитных зон.

Гамма-установки для панорамного просвечивания широко применяют при контроле качества изделий типа полых тел вращения. Характерной особенностью данных аппаратов является небольшая масса и высокая мобильность.

Промышленностью выпускаются универсальные гамма-дефектоскопы Гаммарид 192/120М, РИД-ИС/120МД, Магистраль - 1 и др. Установки снабжены специальными комплектами с контейнерами для перезарядки изотопов с разной энергией излучения, штативы, расширяющие технологические возможности контроля и т. д. Толщина контролируемой стали обычно находится в пределах 5... 80 мм (максимум до 200 мм при просвечивании изотопом кобальт-60).

Рис.1.10. Кинематическая схема дефектоскопа для фронтального и панорамного просвечивания типа “Магистраль – 1”: 1 – привод управления; 2 – подающий трос; 3 соединительный шланг; 4 –держатель источника излучения; 5 – традиационная головка.