ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ РОЛЬ РЕНТГЕНОВСКИХ ГЕНЕРАТОРОВtndt.idspektr.ru/images/stories/archive/01_2020/tndt_2020_01_pp_04… · ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ РОЛЬ РЕНТГЕНОВСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ

Рентгеновская трубка пред-ставляет собой электровакуум-ный прибор, преобразующийпоступающую электрическуюэнергию в рентгеновское из-лучение. Предшественникамирентгеновских трубок являютсяопытные трубки Крукса, с помо-щью которых рентгеновское из-лучение было впервые «офици-ально» открыто 8 ноября 1895 г.немецким физиком Вильгель-мом Конрадом Рентгеном. Пер-вым ученым, открывшим рент-геновское излучение, признанименно В. К. Рентген, хотярентгеновские лучи могли слу-чайно создаваться и другимиучеными в ходе более раннихэкспериментов. В 1913 г. УильямКулидж усовершенствовал труб-ку Крукса, и к 1920 г. трубка Ку-лиджа стала наиболее распро-страненной рентгеновской труб-кой с термокатодом.

В трубке Кулиджа электроныиспускаются благодаря термо-электронной эмиссии, чаще все-го с помощью вольфрамовой ни-ти, накаливаемой электрическимтоком. Нить в трубке является

катодом. Между катодом и ано-дом подается высокое напряже-ние, при этом происходит уско-рение электронов, которые затемсталкиваются с анодом.

Несмотря на то что работарентгеновской трубки представ-ляется очень простой, выборподходящего рентгеновского ге-нератора в зависимости от усло-вий применения может обеспе-чить оптимальные эксплуата-ционные характеристики, высо-кую надежность и длительныйсрок службы трубки.

Отказы рентгеновской трубки в конце срока службы

Хорошо спроектированная,качественно изготовленная инадлежащим образом применяе-мая рентгеновская трубка можетнадежно и бесперебойно рабо-тать на протяжении многих ты-сяч часов. Учитывая необрати-мый эффект старения, можновыделить два основных типа от-казов в конце срока службы: кри-тический дуговой пробой и пере-горание нити накала.

Дуговой пробойПри штатной эксплуатации

нить накала нагревается до высо-ких температур (выше 1500°C).Со временем оболочка трубки,находящаяся напротив узлов подвысоким напряжением (анод икатод), металлизируется под воз-действием медленного процесса,известного как испарение воль-фрама. Металлизированный слойувеличивает проводимость по-верхности оболочки (выполнен-ной из стекла или керамики), чтов итоге приводит к дуговому про-бою на стенку трубки. В случаесо стеклянными трубками такойдуговой пробой может привестик образованию отверстия в стек-ле и в итоге к выходу из строярентгеновской трубки, как пока-зано на рис. 1.

Этот тип неисправности ха-рактерен для рентгеновских тру-бок, используемых при напряже-нии, близком к максимальному(номинальному) значению. Ис-парение вольфрама имеет мень-шее влияние на металлокерами-ческие рентгеновские трубки,поскольку их конструкция обес-

МЕТ

ОД

Ы, П

РИ

БО

РЫ

, ТЕХ

НО

ЛО

ГИИ

48 Территория NDT январь–март 2020

ШАШИЧ Борис Директор по разработкам

ПИНДРИС СэмСтарший руководитель проекта по про-мышленному рентгену

УИЛЛСИ ДжимДиректор по развитию бизнеса

Spellman High Voltage ElectronicsCorporation, Хауппаг, Валхалла, шт. Нью-Йорк, США

Рассматриваются основные виды отказов рентгеновских трубок:образование дугового пробоя, обрыв нити накала и перегрев фокусно-го пятна, а также их влияние на конструкцию рентгеновского генера-тора. Рентгеновский генератор должен нивелировать высокую энер-гию, вырабатываемую при появлении дугового пробоя, и предотвра-щать сильные повреждения рентгеновской трубки. Он также долженобеспечивать максимальный срок службы трубки за счет активногорегулирования тока накала и надлежащего охлаждения электронныхкомпонентов и рентгеновской трубки (в случае с генератором Mono-block®). Не стоит недооценивать важность фундаментальных методикпроектирования рентгеновского генератора для обеспечения опти-мальных эксплуатационных характеристик и длительного срока служ-бы рентгеновской трубки для промышленного применения.

Ключевые слова: рентгеновские генераторы, рентгеновские труб-ки, высокое напряжение, образование дугового пробоя в рентгенов-ской трубке, регулирование накала рентгеновской трубки, Mono-block®.

Генеральный партнер РОНКТД:

печивает минимальное отложе-ние вольфрама на стенках труб-ки. Однако, учитывая неизбеж-ное испарение вольфрама во всехрентгеновских трубках, рентге-новский генератор должен обес-печивать средства контроля дуго-вого пробоя за счет примененияпассивных и активных схем дляотключения высоковольтногопитания и восстановления рабо-ты после пробоя в целях продле-ния срока службы рентгеновскойтрубки.

Пример контроля дугового про-боя рентгеновским генератором

Во многих конструкциях ге-нераторов контроль пробоя обес-печивается цифровым сигналь-ным процессором (ЦСП) илимикроконтроллером в целях га-шения дугового пробоя. Этотпроцесс зачастую называется«откатом». При возникновенииразряда важно, чтобы генераторбыстро отключил генерацию вы-сокого напряжения и вернул вы-сокое напряжение обратно науровень –5% от значения в мо-мент образования разряда, темсамым давая некоторое времядля восстановления трубки и по-глощения всех оставшихся моле-кул газа. Все описанные шаги за-нимают менее 1 мкс. Современ-ные рентгеновские генераторыимеют полностью программи-руемые схемы контроля разря-дов, которые могут быть отрегу-лированы пользователем для раз-личных условий применения иподстроены к конкретным тре-бованиям к трубкам.

Выявление дугового пробояТоки разряда определяются

трансформатором тока в схемеобратной связи высокого напря-жения рентгеновского генерато-ра, как показано на рис. 2, a.

Сигнал обратной связи о раз-ряде (ARC SENSE) подается накомпаратор на системной платеуправления, настроенной наопределение предельного тока

разряда и контрольный уровеньвысокого напряжения (рис. 2, б).С помощью этой схемы можнопредотвратить ложное определе-ние дугового пробоя, при этоммикроразряды игнорируются.Сигнал ARC поступает и фикси-

руется в программируемой поль-зователем матрице логическихэлементов (FPGA) в течение со-тен наносекунд и отключает гене-рацию высокого напряжения длягашения дугового разряда. Этогашение называется «откатом».

МЕТ

ОД

Ы, П

РИ

БО

РЫ

, ТЕХ

НО

ЛО

ГИИ

Шашич Б., Пиндрис С., Уиллси Д. Функциональная роль рентгеновских генераторов

492020 январь–март Территория NDT

Рис. 1. Стеклянная трубка с многочисленными следами дугового пробоя, неко-торые из которых привели к образованию отверстий в стеклянной оболочке(а), увеличенное изображение стеклянной поверхности в месте повреждениястенки трубки (б)

а)

б)

Пример восстановления гене-рации после обнаружения дуговогопробоя

После обнаружения пробоярегулятор высокого напряжениявыполняет «откат», а ЦСП отве-чает за определение, целесооб-разно ли восстанавливать высо-кое напряжение или выдаватьсигнал о критическом дуговомпробое (рис. 3). При каждом ду-говом пробое ЦСП будет уве-личивать значение счетчика ду-говых разрядов. Если обнаруженпервый дуговой разряд, а поро-говое значение для количествадуговых разрядов >1, ЦСП от-считывает время гашения про-боя и повторно включает высо-кое напряжение. Эта последова-тельность может продолжатьсядо тех пор, пока количество вы-явленных дуговых разрядов не

превысит количество дуговыхразрядов, запрограммирован-ных в регистре пороговых значе-ний счетчика дуговых разрядов.Пороговые значения временигашения разряда и счетчика ду-говых разрядов могут быть зада-ны пользователем в настройкахполь зователя.

Перегорание нити накалаДаже когда рентгеновские

трубки работают при напряже-нии, значительно меньшем мак-симального (номинального)значения, все равно происходитметаллизация оболочки. Одна-ко, учитывая более низкую ско-рость отложения металла и по-вышенное номинальное напря-жение, образование дуговогопробоя не является основнойпричиной отказа. Согласно кри-

вым зависимости тока (мА) втрубке от тока нити накала, при-веденным на рис. 4, при фикси-рованном выходном токе в труб-ке ток нити накала увеличивает-ся по мере снижения выходногонапряжения.

При повышенном токе нитинакала, который свидетельствуето необходимости более высокойтемпературы нити накала, про-исходит ускоренное испарениематериала нити пропорциональ-но Т в четвертой степени (где Т –температура нити накала, К), да-же незначительное увеличениетемпературы нити накала привозведении в четвертую степеньприводит к значительному уве-личению испарения материаланити.

При испарении вольфраманить истончается, что в конеч-ном итоге приводит к механиче-скому разрыву нити. Считается,что если масса нити накала сни-зилась приблизительно на 10 %,то срок службы нити истек (нитьисчерпала свой ресурс на 98%).Такое сокращение массы соот-ветствует сокращению диаметранити приблизительно на 5%.

Не все рентгеновские труб-ки обладают одинаковыми ха-рактеристиками накала. Раз-ные характеристики накалатребуют разных параметровконтроля для обеспечения ста-бильного тока эмиссии. Высо-котехнологичные универсаль-ные генераторы обладают таки-ми способностями управленияэмиссией, которая позволяетработать со многими рентге-

МЕТ

ОД

Ы, П

РИ

БО

РЫ

, ТЕХ

НО

ЛО

ГИИ



Рис. 2. Примеры схем определения разряда (а) и обнаружения разряда (б) в рентгеновском генераторе


новскими трубками. Некото-рые рентгеновские трубки мо-гут не попадать в данную кате-горию и требуют специальныхнастроек для обеспечения ста-бильной эмиссии.

Нетипичные отказы рентгеновских трубок

Отказы рентгеновских трубокна ранних этапах зачастую яв-ляются результатом примененияневерной технологии производ-ства, использования неподходя-щих материалов или неправиль-ного применения трубок. Пер-вые две причины связаны с про-цессами обеспечения качества напредприятии-изготовителе, приэтом мы в большей степени за-интересованы в надлежащей ра-боте рентгеновских трубок с точ-ки зрения работы рентгеновско-го генератора.

Рентгеновский генератор мо-жет продлить срок службы тру-бок за счет обеспечения устойчи-вого выходного напряжения снизким уровнем пульсаций,условий низкого пускового на-пряжения и надлежащей изоля-ции высокого напряжения в со-ответствующей требованиямохлаждающей среде, как в случаес промышленными блоками Mo-noblock®.

Нарастание тока накалаОдним из наиболее важных

факторов, влияющих на долго-вечность промышленных рент-геновских трубок, являетсяплавное поднятие напряжениянити накала при включении.Для достижения нитями накаларабочей температуры требуетсянесколько сотен миллисекунд.Если повышение тока на нитинакала происходит слишком

быстро, на нити возникаетзначительное механическое на-пряжение, при этом преимуще-ства от быстрого увеличениявыходной мощности рентгенов-ского излучения будут мини-мальными. Такой сценарий по-казан на рис. 5.

В этом случае ток накала(фиолетовая кривая) быстро уве-личивается, но температура ни-ти, отвечающая за выходной ток(желтая кривая), не может бы-стро достичь рабочего значения.В итоге схема с обратной связьюпо току (мА) будет повышать токнити накала до заданного макси-мума до тех пор, пока нить не на-греется до температуры, доста-точной для начала эмиссии элек-тронов рентгеновским генерато-ром. В этот момент ток (мА) бы-стро увеличится и далее не будетрегулироваться согласно схемеповышения тока (мА) (голубая

МЕТ

ОД

Ы, П

РИ

БО

РЫ

, ТЕХ

НО

ЛО

ГИИ



Рис. 3. Пример дугового пробоя с «откатом» напряжения, гашением пробоя и восстановлением генерации

кривая). Витки нити накала под-вергаются воздействию высоко-го тока в течение нескольких со-тен миллисекунд, и этот процессповторяется при каждом вклю -чении рентгеновских генерато-ров. Быстрый подъем напряже-ния накала может быть основ-ным фактором, вызывающимпреждевременные отказы нитейнакала.

Для минимизации этого эф-фекта в правильно спроектиро-ванном рентгеновском генерато-ре будет использоваться про-грамма для увеличения тока ни-ти и прописаны предельныезначения, которые могут бытьвыбраны индивидуально с уче-том рекомендаций изготовителядля конкретной рентгеновскойтрубки. Один из таких примеровпоказан на рис. 6.

Наиболее важной настрой-кой для защиты нити накала

МЕТ

ОД

Ы, П

РИ

БО

РЫ

, ТЕХ

НО

ЛО

ГИИ



Рис. 4. Типовые характеристики рентгеновской трубки. При снижении напряжения на аноде рентгеновской трубки дляподдержания постоянного выходного анодного тока ток нити накала необходимо увеличивать.Выходной ток и ток накала – среднеквадратические значения

Рис. 5. Ток накала и выходной ток при быстром нарастании тока накала


рентгеновской трубки являетсяпредельное значение тока длянити. Настройка предельногозначения тока для нити – этонастройка максимального то-ка, указанная изготовителемрентгеновской трубки для до-стижения максимального токаэмиссии при минимальномзначении высокого напряже-ния (кВ). Настройка данныхтребований происходит приустановке трубки. Максималь-ные значения тока для нитимогут быть заданы ниже значе-ний, рекомендованных изгото-вителем, если при использова-нии достигается требуемый токэмиссии.

Если время повышения токанити регулируется в соответ-ствии с тепловыми свойстваминити, то предельные значениятока не будут достигаться, и мак-симальное значение тока будетустановлено как рабочее. Болеетого, нить накала достигает рабо-чей температуры к моментувключения схемы управления то-ком эмиссии, что приводит ккорректному повышению токатрубки (желтая кривая), котороерегулируется схемой управления(голубая кривая).

Влияние длины высоковольт-ного кабеля на нити накала с пита-нием переменным и постояннымтоком

Как говорилось ранее, однимиз наиболее важных параметровтрубки является предельноезначение тока для нити накала.Предельные значения тока огра-ничивают максимальный выход-ной ток источника питания нитинакала для защиты нити в рент-геновской трубке. Заданноезначение должно быть равно илиниже указанного производите-лем в техническом паспорте. Приэтом необходимо учитывать идругие факторы.

Питание нитей накала пере-менным током. Нити накала с пи-танием переменным током рабо-тают на высокой частоте, за счетчего подача энергии по длиннымвысоковольтным кабелям стано-вится затруднительной из-забольшого сопротивления. На ка-либровку нити накала может по-влиять изменение длины высо-ковольтного кабеля, поэтому мо-жет потребоваться изменение на-строек калибровки нити.

Питание нитей накала посто-янным током. Следует учитыватьпотери в медных высоковольт-

ных кабелях, связанные с сорта-ментом проволоки и длиной ка-беля. При использовании источ-ника питания нитей накала по-стоянным током со схемой регу-лирования тока нет необходи-мости в дополнительных регули-ровках, если используемый вы-соковольтный кабель не длин-нее максимально установленнойдлины.

Настраиваемые пользователем параметры рентгеновского генератора

С помощью универсальногорентгеновского генератора обес -печивается питание для раз-личных рентгеновских трубок,используемых в самых разныхусловиях. Стандартные значе-ния увеличения напряжения(кВ), выходного тока (мА) и то-ка накала должны быть поумолчанию выставлены на мак-симальную скорость нараста-ния, которая будет обеспечи-вать соответствие требованиямк конкретным условиям приме-нения, но оставаться в задан-ных изготовителем пределахдля безопасного регулированияпроцессов в трубке. Для трубокс другими параметрами, кото-рые не соответствуют стандарт-ным настройкам по умолча-нию, должна быть предусмотре-на простая перенастройка па -раметров.

Некоторые стандартные рент-геновские генераторы обладаютрасширенными настройками ивысоким уровнем индивидуали-зации.

На рис. 7, а приведен снимокграфического пользовательско-го интерфейса, с помощью кото-рого пользователи могут выпол-нить индивидуальную настрой-ку рентгеновского генераторадля конкретных условий егоприменения, оптимизироватьэксплуатационные характери-стики трубки и генератора, атакже обеспечить защиту и про-

МЕТ

ОД

Ы, П

РИ

БО

РЫ

, ТЕХ

НО

ЛО

ГИИ



Рис. 6. Оптимизированное повышение тока нити накала сокращает механиче-ское напряжение нити рентгеновской трубки

длить срок службы рентгенов-ской трубки. Многие из указан-ных выше основных параметровможно легко и быстро устано-вить в программе.

Данные о возможностях на-стройки некоторых рентгенов-ских генераторов приведены втаблице. Все условия примене-ния рентгеновского излученияимеют свои отличительные осо-бенности, и очень важно пра-вильно и бережно работать срентгеновской трубкой.

И без того достаточно про-стой процесс внесения значенийпараметров рентгеновских тру-бок в генератор может бытьзначительно упрощен. Если ис-пользуется стандартная рентге-новская трубка серийного про-изводства, изготовитель генера-тора может легко внести значе-ния в базу данных, чтобы поль-зователю нужно было лишь вы-брать необходимую модель труб-ки и автоматически загрузитьнеобходимые настройки. Такимобразом, процесс настройкиупрощается, а также обеспечи-вается дополнительное преиму-щество исключения человече-ского фактора при подготовкетрубки и генератора к совмест-ной работе. Параметры для невключенных в базу данных тру-бок можно легко добавить и со-хранить.

В следующем разделе описы-вается генератор с возмож-ностью автоматической загрузкинастроек рентгеновских трубокпутем выбора модели трубки израскрывающегося списка.

Автоматическая загрузка пара-метров трубок с помощью раскры-вающегося меню

Если используемая рентге-новская трубка выполнена поиндивидуальному заказу или невключена в раскрывающееся ме-ню, настройки трубки можноввести вручную, сохранить их и вдальнейшем выбирать из списка(рис. 7, в).

МЕТ

ОД

Ы, П

РИ

БО

РЫ

, ТЕХ

НО

ЛО

ГИИ



Рис. 7, а

Рис. 7, б


Профили автоматической и ин-дивидуальной тренировки трубки

Помимо возможности вы-брать модель трубки из рас-крывающегося меню и загру-зить информацию профиля,также имеется возможность ис-пользования рекомендованныхизготовителем программ тре-нировки трубок (рис. 7, б). Взависимости от того, когдарентгеновская трубка исполь-зовалась или тренировалась впоследний раз, генератор мо-жет автоматически выбратьподходящий профиль для тре-нировки трубки. Для всех тру-бок в раскрывающемся спискеимеются ежедневные, ежене-дельные и ежемесячные про-фили для тренировки, а для

МЕТ

ОД

Ы, П

РИ

БО

РЫ

, ТЕХ

НО

ЛО

ГИИ



Параметр/функция Диапазон Значение по умолчанию Примечания

Предельные настройки накала, верхняя границаXRV160,225XRV320,450

0 – 4000 Вт0 – 4500 Вт

3000 Вт4500 Вт

См. данные по трубке

Предельные настройки накала, нижняя границаXRV160,225XRV320,450

0 – 4000 Вт0 – 4500 Вт

3000 Вт4500 Вт

См. данные по трубке

Максимальное напряжениеXRV160XRV225XRV320XRV450

0 – 160 кВ0 – 225 кВ0 – 320 кВ0 – 450 кВ

160 кВ225 кВ320 кВ450 кВ

Максимальный ток 0 – 30 мА 30 мА

Предельный ток накала, верхняя граница 0 – 6 А 4 А Расчетный ток при фактической нагрузке

Предельный ток накала, нижняя граница 0 – 6 А 4 А Расчетный ток при фактической нагрузке

Ток прогрева нити накала, верхняя граница

0 – 6 А 2 АТиповое значение: предельный ток,

верхняя граница/2

Ток прогрева нити накала, нижняя граница

0 – 6 А 2 АТиповое значение: предельный ток,

нижняя граница/2

Счетчик дуговых разрядов 0 – 30 1

Время гашения дугового разряда 10 мс – 1 с 50 сПоказания счетчика будут сброшеныпри значении 100× заданное значение

(не более 100 с)

Скорость нарастания напряжения (кВ) 100 мс – 30 с 5 с Типовое значение 5 с

Скорость нарастания тока (мА) 100 мс – 30 с 5 с Типовое значение 5 с

Время предупреждения 0 – 30 с 1 сПредупреждение перед включением

высокого напряжения (включение рентгеновского излучения)

Таблица. Пример настраиваемых параметров рентгеновского генератора

в)

Рис. 7. Снимки графического пользовательского интерфейса для настройкиконфигурации управления трубкой (а) и для тренировки трубок (б), раскрываю-щееся меню в графическом пользовательском интерфейсе для автоматическойзагрузки необходимых настроек трубки (в)

трубок, не включенных в этотсписок, можно создать индиви-дуальные профили.

Высоковольтная изоляцияОдной из основных проблем,

связанных с проектированиемпромышленных моноблоковMonoblock®, является обеспече-

ние среды с низким электриче-ским напряжением для работырентгеновской трубки. Помимонадлежащей высоковольтнойизоляции также важно учитыватьмаксимальное электрическое по-ле и методики распределенияданного поля. Проблемы, свя-занные с ненадлежащими мера-

ми распределения электрическо-го напряжения, могут привести квнезапным и быстрым отказам,например к образованию сквоз-ных отверстий в стекле, как по-казано на рис. 8.

В случае, представленном нарис. 8, стеклянная оболочка былапробита одним дуговым разря-дом. Типичным для этого типаотказа является отсутствие чер-ных отметин, характерных дляотверстий, образующихся в кон-це срока службы, когда происхо-дит множество дуговых разрядов,приводящих к карбонизации пе-ред окончательным отказомтрубки.

Еще одной проблемой, свя-занной с ненадлежащим модели-рованием электрического поля,являются скрытые отказы, прикоторых заряженные частицыначинают протравливать стекло,что приводит к повышенному то-ку утечки, постепенному повы-шению количества дуговых раз-рядов и в конечном итоге к окон-чательному отказу трубки. Этоттип отказа показан на рис. 9.

Такой тип отказа формиру-ется в течение нескольких недельили даже месяцев. Он являетсяособо критичным на ранних ста-диях, поскольку его сложно за-метить: ток утечки начинает уве-личиваться, что приводит кошибкам в измерении выходноготока, поскольку часть измерен-ного тока не участвует в форми-ровании рентгеновского излуче-ния. Фактически доза рентгенов-ского излучения начинает сокра-щаться, хотя кажется, что токтрубки эффективно контролиру-ется. Далее возникает случайныйдуговой разряд, и с течением вре-мени частота образования дуго-вых разрядов увеличивается, чтоприводит к устойчивой неис-правности трубки.

ТерморегулированиеРентгеновские трубки яв-

ляются устройствами с крайненизким КПД. В форму рентге-

МЕТ

ОД

Ы, П

РИ

БО

РЫ

, ТЕХ

НО

ЛО

ГИИ



Рис. 8. Отверстие в стеклянной трубке, образованное под воздействием высо-кого электрического напряжения

Рис. 9. Стеклянная оболочка с протравлениями, образовавшимися под действи-ем электрического поля

Рис. 10. Рентгеновская трубка, работающая в среде горячего масла с тонкимслоем обуглившегося масла на поверхности


новского излучения переходитменее 1 % мощности, а более99% рассеивается в виде тепло-вой энергии. Для обеспечениядлительного срока службы рент-геновской трубки эту тепловуюэнергию необходимо надлежа-щим образом контролироватьдля предотвращения значитель-ного повышения температуры.

Обычно в качестве охлаждаю-щей среды используется транс-форматорное масло с оптималь-ным сочетанием изоляционныхи тепловых свойств. За счет этихсвойств обеспечивается доста-точно простая циркуляция маслапо различным теплообменникамдля эффективного регулирова-ния температуры при различныхусловиях.

Без надлежащего терморегу-лирования рентгеновская трубкаможет подвергаться трем основ-ным видам воздействия:1) повышенные внутренняя тем-

пература и скорость испаре-ния, что приводит к разруши-тельным дуговым разрядам;

2) повышение температуры стек -ла, которое приводит к приго-ранию масла, что, в свою оче-редь, увеличивает фильтра-цию рентгеновского излуче-ния и ухудшает изолирующиесвойства масла, а это можетпривести к диэлектрическомупробою во многих частях вы-соковольтных блоков. Трубкабез надлежащего охлажденияс проблемой такого типа пока-зана на рис. 10;

3) ненадлежащее отведение теп-ла от анодного узла, в резуль-тате чего рабочая температурарентгеновской трубки превы-шает температуру плавлениявольфрама (рис. 11). Это при-водит к плавлению фокусногопятна, что имеет три критиче-ских побочных эффекта:

а) увеличение размера фокусно-го пятна;

б) более жесткое рентгеновскоеизлучение в связи с дополни-тельной фильтрацией;

МЕТ

ОД

Ы, П

РИ

БО

РЫ

, ТЕХ

НО

ЛО

ГИИ



Рис. 12. Отклонение дозы рентгеновского излучения в зависимости от рабочейтемпературы

Рис. 11. Повреждение фокусного пятна из-за недостаточного охлаждения ано-да и термомеханического воздействия

Рис. 13. Эксплуатационные характеристики компенсированного источникарентгеновского излучения

в) дополнительное испарениевольфрама, приводящее к ме-таллизации и неустранимымотказам трубок.

Стабильность дозы излученияРазвитие технологии про-

изводства детекторов открываетвозможности для новых обла-стей применения и повышениякачества визуализации. Это всвою очередь обусловливает не-обходимость использования ис-точников рентгеновского из-лучения более высокого каче-ства. Одним из необходимыхтребований является стабиль-ность дозы рентгеновского из-лучения, что во многом зависитот рабочей температуры рентге-новской трубки. Изменение тем-пературы трубки может состав-лять более 10 %. На рис. 12 при-ведена схема для лучшего пони-мания этого процесса.

Применение аналоговой ком-пенсации температуры вместе сцифровой оценкой параметров икомпенсацией позволяет умень-шить это существенное отклоне-ние дозы до пренебрежимо мало-го уровня. На рис. 13 представле-ны эксплуатационные характе-ристики оптимизированного ис-точника рентгеновского излуче-ния. Здесь показано максималь-ное отклонение, скомпенсиро-ванное до уровня ниже 0,4 %.

На графиках представленысумма фотонов низкой и высо-

кой энер гии (фиолетовая кри-вая – пропорционально эквива-лентной стабильности тока,мА) и отношение фотонов вы-сокой и низкой энергии (синяякривая – пропорционально эк-вивалентной стабильности на-пряжения, кВ).

Потеря дозы в результате сни-жения мощности

Если выходная мощностьтрубки мгновенно теряется, наповерхности мишени анодапроизойдет резкое падение тем-пературы, что приведет к созда-нию механического напряже-ния на поверхностном слое. Этоможет вызвать образование тре-щин на поверхности мишени,деградацию фокусного пятна ипотерю дозы рентгеновского из-лучения. После 10 000 цикловотносительная потеря дозы мо-жет составлять 80 % от началь-ной дозы. Работа с уровнеммощности на 20 % ниже макси-мальных значений или реализа-ция плавного снижения мощно-сти в работе генератора можетзначительно сократить механи-ческое напряжение на поверх-ности мишени.

ЗаключениеПо мере развития промыш-

ленных технологий визуализа-ции и повышения требований кисточникам рентгеновского из-лучения все более важным ста-

новится совместное использова-ние трубок и генераторов дляобеспечения их высокой про-изводительности, надежности инизкой стоимости. Для того что-бы даже самые лучшие рентге-новские трубки показывали мак-симальную производительностьи были защищены от типичныхпричин отказа, необходимо ис-пользовать качественные гене-раторы.

Было бы ошибочным недо-оценивать важность использова-ния генератора, разработанного сучетом требований рентгенов-ской трубки. Как отмечалось вы-ше, полезный срок службы рент-геновской трубки устанавливает-ся с учетом известных неизбеж-ных причин отказа. При выборекомпонентов системы визуализа-ции следует всегда уделять перво-очередное внимание генератору,обеспечивающему длительныйресурс и высокие эксплуатацион-ные характеристики рентгенов-ских трубок, т.е. генератор дол-жен быть надежным, универсаль-ным, простым в эксплуатации ииметь невысокую стоимость.

За дополнительной информациейобращайтесь в представитель-ство компании Spellman HighVoltage Electronics Corporation —Россия и СНГ

www.spellmanhv.ru+7 (496) 465 92 40

МЕТ

ОД

Ы, П

РИ

БО

РЫ

, ТЕХ

НО

ЛО

ГИИ



Ответы на кроссвордПо горизонтали: 2. Дуэт. 4. Инцидент. 10. Синхронизатор. 11. Отказ. 12. Шаг. 15. Разъем. 16. Сбой.

19. Дефектограмма. 22. Плена. 23. Наводка. 25. Риска. 26. Сканер. 27. Зона.

По вертикали: 1. Фильтр. 2. Дефект. 3. Жесткость. 5. Авария. 6. Фаза. 9. Анализ. 12. Шум. 13. Гистерезис. 14. Помеха. 17. Развертка. 18. Усиление. 20. Твердомер. 21. Генератор. 22. Подрез. 24. Дисплей.


Documents

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ РОЛЬ РЕНТГЕНОВСКИХ ГЕНЕРАТОРОВtndt.idspektr.ru/images/stories/archive/01_2020/tndt_2020_01_pp_04… · ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ