Рентгеновская трубка — это вакуумный прибор конструкция которого позволяет генерировать рентгеновы лучи. Она представляет собой запаянный стеклянный сосуд в виде цилиндра или цилиндра с расширением в средней части, в котором давление воздуха доведено до 10~6 —10~~7 мм ртутного столба. В концы трубки впаяны два электрода — катод и анод.
Катод — это вольфрамовая прямолинейная спираль, окруженная металлическим корытцеобразным фокусирующим приспособлением, которое соединено в электрическую цепь со спиралью. Спираль, в свою очередь, соединена с токоведущими медными проволочками. Концы проволочек имеют вывод наружу для подключения к полюсам источника электрической энергии.
Анод — это массивный медный стержень. Конец. его, обращенный к спирали, скошен. В скошенную поверхность впрессована прямоугольная вольфрамовая пластинка. Поверхность этой пластинки называется зеркалом анода. Центр анодного зеркала, куда фокусируется электронный пучок и где происходит торможение электронов, называется фокусным пятном, или фокусов рентгеновской трубки.
Во время работы трубки часть электронов, летящих, от катода к аноду, вследствие взаимного отталкивания рассеивается. Чтобы уменьшить рассеивание и улучшить фокусировку на аноде, применяют вышеупомянутое фокусирующее приспособление. Будучи соединенным в электрическую цепь со спиралью, это приспособление имеет один и тот же потенциал, что и спираль. Поэтому электроны, вылетающие из катода, отталкиваются от фокусирующего приспособления и мало удаляются от оси трубки. Эффективность фокусировки зависит от глубины фокусирующего приспособления, расстояния его стенок от спирали и от расстояния между катодом и анодом.
Для диагностических трубок большое значение имеет величина фокуса. Чем он меньше, тем более четкими получаются снимки. Однако уменьшить фокус можно лишь до известных пределов. Выше было сказано, что небольшая доля энергии электронов превращается в энергию рентгеновых лучей, большая ее часть переходит в тепловую энергию. Следовательно, чем меньше фокус, тем сильнее происходит местное разогревание анода, который может даже расплавиться.
Для устранения этого недостатка и увеличения мощности трубки скос у анодного стержня делают таким, чтобы лучи падали на пленку под очень острым углом (19° — угол между плоскостью анодного зеркала и перпендикуляром к оси трубки). В результате этого на наклонной поверхности анодного зеркала действительный фокус трубки имеет вид вытянутой узкой полоски и значительно увеличивается его площадь. Эффективный же фокус, дающий изображение на рентгеновской пленке в направлении центрального луча, получается в виде квадрата (рис. 1). Следовательно, оптический фокус по отношению к действительному уменьшается примерно в три раза. Таким образом, значительно большая истинная площадь фокуса позволяет увеличить мощность трубки и получить четкое изображение.
Рис. Схема проекционного фокуса трубки: справа представлен линейный фокус; наверху черным квадратиком обозначено, каким виден фокус под углом 19°.
Стремление повысить мощность излучения повело к конструкции трубок с вращающимся анодом. Во время работы в этих трубках пучок электронов, попадающий на анодное зеркало, образует фокус на вращающемся вокруг своей оси аноде. Благодаря непрерывному вращению анода нагретый участок анодного зеркала все время уходит из-под пучка электронов и охлаждается, пока снова не попадает под пучок электронов.
Охлаждение анода. Чтобы не допустить перегрев анода, существует ряд способов, при помощи которых излишнее тепле удаляется с его поверхности. Прежде всего корпус анода изготавливают из меди — вещества, обладающего большой теплоемкостью и теплопроводностью.
Воздушное радиаторное охлаждение. Тепло, образующееся на поверхности анода, передается на большую ребристую поверхность радиатора, укрепленного на внешнем конце анодного стержня.
Радиатор по мере нагревания излучает тепло в окружающее пространство.
Водяное охлаждение. В металлический шарообразный резервуар с водомерным стеклом и воронкой, составляющими единую полость с трубчатой частью анодного стержня рентгеновской трубки, наливают дистиллированную воду. Вода, обладающая большой теплоемкостью, поглощает большое количество тепла от анода.
При этом способе охлаждения трубке придают такое положение, которое обеспечивало бы подход воды к анодному стержню, в противном случае отдачи тепла не происходит.
Масляное охлаждение. Маслом охлаждают трубки, помещенные вместе с трансформатором в общий бак (блок трансформатора), который заполнен трансформаторным маслом, или же трубки, заключенные в защитный металлический кожух.
Для увеличения теплоотдачи на внешнем конце анодного стержня укрепляют радиатор. Охлаждение происходит путем конвекции, то есть за счет взаимного перемещения нагретых и холодных частиц масла. Этот способ охлаждения анода распространен наиболее широко.