Рентгеновская трубка

Рентге́новская тру́бка, электровакуумный прибор для получения рентгеновского излучения. Основные элементы рентгеновской трубки – катод и анод, размещённые в вакуумном баллоне. При подведении к аноду напряжения эмитируемые катодом электроны ускоряются сильным электрическим полем в пространстве между электродами и бомбардируют поверхность анода.

Рентгеновское излучение возникает в результате резкого торможения ускоренных электронов при их ударе об анод; приобретённая электронами кинетическая энергия частично преобразуется в энергию рентгеновского излучения, а бо́льшая её часть – в тепловую энергию.

Рентгеновские трубки широко применяются для просвечивания материалов (дефектоскопии), рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализа, для технологических целей, медицинской диагностики и терапии и др. В большинстве типов рентгеновских трубок используются вольфрамовые прямонакальные катоды в виде плоской, винтовой или V-образной спирали, т. н. термоэлектронные катоды. В рентгеновских трубках, предназначенных для генерирования коротких (0,01–1 мкс) импульсов рентгеновского излучения, применяют холодные катоды (в виде острия или лезвия) из вольфрама (Wo) и других материалов, работающие в режиме автоэлектронной или взрывной электронной эмиссии. В рентгеновской трубке получили распространение массивные (толстые) и т. н. прострельные аноды. Массивный анод состоит из мишени толщиной 0,02–3 мм и медного цилиндра (тела анода). Прострельный анод – из тонкослойной (толщиной несколько мкм) мишени и слабо поглощающей рентгеновское излучение подложки.

Материал для мишени выбирается в зависимости от назначения рентгеновской трубки. Для получения интенсивного тормозного излучения мишень изготовляют из металлов с большим атомным номером: вольфрам (Wo), рений (Re) и др. Если используют характеристическое излучение рентгеновской трубки (например, в рентгеноструктурном анализе), то мишень выполняют из материала, обеспечивающего требуемую длину волны спектральных линий (для этих целей применяют хром (Cr), железо (Fe), медь (Cu) и другие металлы).

По способу вакуумирования рентгеновские трубки подразделяются на отпаянные (с постоянным вакуумом, наиболее распространены) и разборные, в которых вакуум в процессе работы поддерживается непрерывно с помощью насосов. Применение разборных рентгеновских трубок обусловлено необходимостью замены материала анода. Кроме того, такие рентгеновские трубки допускают её ремонт. Рентгеновские трубки различают:

• по времени излучения – непрерывного действия и импульсные;
• по типу охлаждения анода – с водяным, масляным, воздушным и радиационным охлаждением;
• по способу фокусировки электронов на анод – с электростатической, магнитной и электромагнитной фокусировкой;
• по размеру и форме фокусного пятна (области излучения на поверхности анода) и др.

Основные параметры рентгеновской трубки:

• номинальное напряжение на трубке (10–2000 кВ);
• линейные размеры фокусного пятна (1 мкм – 10 мм);
• номинальная мощность (для трубок непрерывного действия – от 20 мВт до 90 кВт);
• угол раствора рабочего пучка рентгеновского излучения (3–180 ° в зависимости от конструкции трубки);
• коэффициент полезного действия (0,1–5 %).