Рентгеновская трубка имеет катод с нитью подогрева, анод или мишень, и в ней соблюдается полный вакуум. Нагреватель вызывает термоэлектронную эмиссию электронов из катода. Между катодом и анодом подается очень высокое напряжение. Положительный заряд анода притягивает эмитированные из катода электроны, и они ускоряются в вакууме до тех пор, пока не столкнутся с анодом. Более 99 процентов энергии преобразуется в тепло. Только 1 процент преобразуется в рентгеновские лучи.
Рис. 10.18 показывает трубку с неподвижным анодом, аналогичную установленной в рентгеновском аппарате дантистов.
Рис. 10.18. Рентгеновская трубка с неподвижным анодом
Поскольку здесь необходимы только короткие сигналы с низким уровнем энергии, на аноде рассеивается немного тепла. Для процедур, требующих большей мощности, например, получения рентгеновского снимка груди профессионального футболиста, фиксированный анод не может рассеять такое количество тепла. Для решения этой проблемы используется трубка с вращающимся анодом, показанная на рис. 10.19.
Рис. 10.19. Рентгеновская трубка с вращающимся анодом
Анод представляет здесь ротор индукционного двигателя. Катушка статора окружает эту стеклянную трубку с вакуумом и создает магнитное поле, которое вращает якорь внутри трубки. Электронный луч попадает на скошенный край вращающегося вольфрамового диска, прикрепленного к якорю. Хотя рентгеновские лучи всегда возникают в одной и той же точке, тепло распространяется по всему диску. Некоторые трубки имеют кожухи водяного охлаждения для отвода тепла от анода.
Рентгеновские установки внешне очень просты и незамысловаты. Для получения качественных изображений необходимо контролировать только три переменных:
1. Напряжение на трубке (в киловольтах — кВ).
2. Ток электронного луча (в миллиамперах — мА).
3. Время, в течение которого включен электронный луч (в миллисекундах — мс).
Конечно, метод электронного контроля этих переменных и различные периферийные устройства и средства безопасности могут быть достаточно сложными.
Напряжение на трубке влияет на проникновение рентгеновского луча за счет воздействия на скорость, с которой электроны ударяют о мишень. Когда на мишень попадают электроны с низкой скоростью, большая часть их энергии преобразуется в тепло или фотоны низкой энергии, которые не вносят вклада в получение изображения. Энергетический уровень оказывает также влияние на частоту излучения. Управление высоким напряжением достигается за счет использования различных соотношений числа обмоток трансформатора, который подает напряжение на рентгеновскую трубку. Средства управления, которыми пользуется оператор, обычно представляют собой механические переключатели низкого напряжения, которые используются для переключения реле, контролирующих напряжение трубки.
Катодный ток обычно регулируется с помощью изменения балластного сопротивления. Различные производители используют разные методы управления током.
Продолжительность воздействия также может регулироваться разными способами. В старых системах часто использовался простой заводной механический таймер, который размыкал контакты первичной цепи по истечении времени. Для современных систем могут использоваться резистивно-емкостные или цифровые схемы задания времени различного типа. Когда оператор нажимает на кнопку старта, контакты замыкаются и ток течет в первичной цепи. После завершения заданного времени, контакты размыкаются, прекращая воздействие. Рис. 10.20 показывает простую систему управления рентгеновской установки.
Рис. 10.20. Простая система управления рентгеновской установки
В современных рентгеновских установках применяются различные предохранительные средства безопасности и соответствующие системы управления. Например, вращающийся анод в полностью изолированной трубке с вакуумом до начала воздействия должен быть разогнан до полной скорости, а затем быстро снизить скорость для предотвращения износа подшипника. Схема управления рентгеновской установки должна обеспечивать разгон анода до начала воздействия. В установочном оборудовании рентгеновских аппаратов предусмотрены и другие средства защиты от случайного воздействия. Методы контроля температуры нагрева предотвращают повреждение дорогостоящей трубки.