close
تبلیغات در اینترنت
فیزیک دستگاه های رادیوگرافی
loading...

انجمن پرتونگاران برتر ایران [ISPR]

X-Ray Production   می دانیم که به طور خلاصه اتم شامل هسته ای در مرکز و الکترون هایی است که به دور هسته در فضای اوربیتالی در حرکتند.  و خود هسته از نوترون های خنثی و پروتون های بار مثبت تشکیل شده است. بار الکترون منفی بود و در مدار هایی با انرژی های متفاوت به دور هسته در گردش هستند بطوری که به سمت هسته سقوط نمی کنند. اما اگر الکترونی را به سمت هسته پرتاب کنیم به دلیل بار مثبت هسته ممکن است تحت تاثیر نیروی الکترومغناطیسی هسته قرار بگیرد و به سمت هسته منحرف شود یا روی آن سقوط کند و یا اصلا…




آخرين مطالب






X-Ray Production


 

می دانیم که به طور خلاصه اتم شامل هسته ای در مرکز و الکترون هایی است که به دور هسته در فضای اوربیتالی در حرکتند.

 و خود هسته از نوترون های خنثی و پروتون های بار مثبت تشکیل شده است. بار الکترون منفی بود و در مدار هایی با انرژی های متفاوت به دور هسته در گردش هستند بطوری که به سمت هسته سقوط نمی کنند. اما اگر الکترونی را به سمت هسته پرتاب کنیم به دلیل بار مثبت هسته ممکن است تحت تاثیر نیروی الکترومغناطیسی هسته قرار بگیرد و به سمت هسته منحرف شود یا روی آن سقوط کند و یا اصلا به یکی از الکترون های مداری اتم برخورد کند و آن را از جای خود بکند و به بیرون پرتاب کند. در اثر اینکه کدام یک از حالات بالا اتفاق افتد می تواند انواع اشعه X را تولید کند

انواع اشعه ایکس : 1 - اشعه X ترمزی یا معمولی یا برمزاشترلانگ 2- اشعه X اختصاصی

اشعه ترمزی

 این اشعه در اثر کاهش یا از دست رفتن کل انرژی الکترون پرتابی به سمت کاتد به دست می آید. این کاهش یا از دست رفتن انرژی در اثر انحراف یا فرود الکترون به سمت هسته(بار مثبت) به وجود می آید. وقتی انرژی جنبشی الکترون پرتابی کاهش می یابد این اختلاف انرژی اولیه و ثانویه ، خود را به صورت فوتون های انرژی ظاهر می کند که اشعه ایکس نام دارد. حال هرچه این انحراف بیشتر باشد نیروی از دسته رفته بر اثر جاذبه هسته بیشتر بود و انرژی اشعه ایکس تولیدی بیشتر خواهد بود.

انرژی اشعه ایکس ترمزی تولیدی طیفی پیوسته دارد  چرا که :

1-  میزان فاصه الکترون عبوری نسبت به هسته می تواند متفاوت باشد.

2-  میزان اختلاف پتانسیلی که باعث پرتاب الکترون می شود می تواند متقاوت باشد.

3-   انرژی الکترون می تواند در اثر چندین برخورد متوالی کاهش پیدا کرده و متفاوت باشد.

4-  بار هسته ها متفاوت است.

نکته : پس فوتونی بیشترین Emax را دارد که تحت بیشترین اختلاف پتانسیل(Kvp) در نزدیک ترین فاصله(d) از اتم اول کاملا متوقف شود.

اشعه ایکس اختصاصی

 اگر الکترون پرتابی به سمت هسته به یکی از الکترون های مداری برخورد کند و آن را به بیرون پرتاب کند یک فضای خالی در لایه الکترونی مربوطه ایجاد می شود که باعث عدم تعادل اتم شده و برای جبران این کمبود الکترون ، یک الکترون از مدار های بالایی در جای این حفره می نشیند و این اختلاف بین انرژی دو تراز بصورت یک فوتون آزاد می شود. بر اساس اینکه کدام لایه محل حفره باشد و براساس اینکه این کمبود از الکترون های کلام لایه جبران شود انرژی و اسم اشعه اختصاصی متفاوت می باشد. مثلا (K – L – M – N )

طیف اشعه اختصاصی گسسته در و رنج های مشخصی است.

 

اثر اوژه : زمانی به وجود می آید که اشعه اختصاصی K تولید شده به جای خروج از اتم به الکترون لایه L خورده و باعث کنده شدن آن می شود و این اثر را D-LL می گویند و در کل به جای خروج اشعه ایکس از اتم، دو الکترون به بیرون برتاب می شود.

تا به اینجا از تولید اشعه در سطح اتمی صحبت شد اما آنچه که اشعه ایکس را تولید می کند دستگاه مولد اشعه می باشد.

 

 

دستگاه مولد اشعه ایکس 

دستگاه های تولید کننده اشعه ایکس برحسب طراحی و کاربرد مدلهای مختلفی را دارند. اما همه آنها از سه بخش کلی 1- تیوپ اشعه 2- قسمت تولید ولتاژ بالا 3- پانل کنترل ساخته شده اند. در در برخی هرسه قسمت در کنار هم و در برخی برحسب کاربرد بصورت مجزا هستند.

 

1-1 تیوپ اشعه ایکس

 


از چند بخش مختلف تشکیل شده

1-  محفظه تیوپ

2-  لامپ مولد اشعه

3-  روغن خنک کننده

4-  ...

1-1-1 محفظه تیوپ

 

 

 از جنس فولاد بوده که مملو از روغن است و حباب شیشه ای را دربرمی گیرد. این محفظه محلی برای اتصال کابلهای فشار قوی داشته و دارای پایه ای است که تیوب را نگه می دارد.

تمام پرتوهایی که از هدف منتشر می شوند به جز پرتوی که از طریق پنجره رادیولوسنت خارج  می شود، توسط لایه سربی که به صورت آستری محفظة تیوپ را پوشانیده، به شدت جذبمی شوند.

 روغن داخل محفظه گرم و منبسط می شود. وظیفة روغن ایجاد عایق الکتریکی و نیز انتقال گرما از آند به محفظه است.  و بطور کلی وظایف محفظه خارجی عبارتند از

1)  نگهداری از تیوب اشعه ایکس و مراقبت از آن در برابر ضربات

2) فراهم کردن راهی برای اتصال کابلها به لامپ اشعه ایکس

3) تشکیل عایق حفاظتی در برابر تشعشعات غیر ضروری

4) ایجاد عایق الکتریکی و ضد شوک

5) در بر گرفتن حجم وسیعی از روغن جهت خنک کردن و عایق بندی تیوب

 

      حفاظ لامپ و کابلهای فشار قوی

حفاظ فلزی لامپ پرتوهای اضافی و پراکنده شده از محفظه شیشه ای را جذب می کند. مطابق ICRPپرتوهای نشتی که از فاصله یک متری منبع اندازه گیری میشوند،‌ نباید وقتی که لامپ در حداکثر جریان مداوم کار می کند،‌ از 100 میلی رونتگن در یک ساعت تجاوز نماید.

وظیفه دیگر این حفاظ، ایجاد امنیت برای ولتاژ بالایی است که بین آند و کاتد در تیوب اعمال می شود.

روغنی که در فاصله بین تیوب و محفظه فلزی وجود دارد، درمقابل ولتاژ الکتریکی عایق بسیار خوبی است و از هر جرقه الکتریکی میان کابلهای ولتاژ بالا جلوگیری می کند. علاوه بر این روغن خاصیت خنک کنندگی داشته و از شکستن جداره شیشه ای جلوگیری می کند

 


1-1-2 لامپ مولد اشعه

 

 

بطور کلی لامپ مولد اشعه از اجزای زیر تشکیل شده:

1-    محفظه لامپ

2-    کاتد

3-    آند

محفظه لامپ

 

این لامپ از جنس شیشه پیرکس است که درون آن خلاء بوده و حاوی دو الکترود است.

لامپ به گونه ای طراحی شده که الکترونهای تولید شده در قطب منفی (کاتد یا فیلامنت) تحت تاثیر اختلاف پتانسیل زیاد به سمت قطب مثبت (آند) شتاب می گیرند. برخورد این الکترونها به آند منجر به تولید پرتو ایکس می شود..


چون سرعت بخشیدن به یک الکترون در فضا عملی نیست و به همین خاطر داخل محفظه را از هوا و هر گاز دیگر خارج می کنند تا الکترونها به راحتی با سرعت بالا حرکت کنند. این مقدار خلاء در حدود .01 میلی متر جیوه می باشد.  دلیل دیگر ایجاد خلاء در فضای داخل محفظه عایق کردن محیط بین آند و کاتد است.  هدف از ایجاد خلاء در لامپهای مدرن اشعه ایکس، کنترل مستقل تعداد و سرعت الکترونها شتاب گرفته شده است. مزیت استفاده از شیشه در بدنه محفظه جذب کم اشعه ایکس، عایق الکتریکی بسیار خوب شیشه و انتشار حرارتی مناسب آن است.

 

انواع محفظه ها

1)  محفظه های شیشه ای فلزی

قسمت های دربرگیرنده کاتد فلزی وقسمتهای

دربرگیرنده آند شیشه ای می باشد.

 

2)   
لامپ های اشعه ایکس فلزی و سرامیکی

 

 

 این نوع لامپ به جای محفظه شیشه ای معمولی یک محفظه فلزی و سه عایق سرامیکی دارد. که دو عایق برای کابلهای ولتاژ بالای منفی و مثبت که آنها را از محفظه فلزی لامپ جدا می کند و یکی برای تکیه گاه محورآند به کار می رود. جنس این سرامیک معمولاً اکسید آلومینیوم است.
از مزایای استفاده از این نوع لامپ می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- تشعشع کمتر
                           2- عمر بیشتر تیوب     3- تحمل بار بیشتر تیوب              4-  اندازه کوچکتر تیوب

 

کاتد

کاتد قطب منفی تیوپ می باشد .خود کاتد از اجزای مختلفی تشکیل شده که دو بخش اصلی آن عبارتست از:

1-فیلامان      2-سرپوش کانونی

فیلامان رشته نازک و فنرمانندی از جنس تنگستن با مقاومت حرارتی بالاست که در اثر اختلاف پتانسیل (حدود 12 ولت) و عبور جریان در اثر پدیده ترمویونیک از خود الکترون تابش می کند طولی بین mm 15-7 قطر 1-2mmدارد .

لامپ های امروزی دارای دو فیلامان کوچک و بزرگ می باشند. فیلامان بزرگ برای تابش های بیشتر و فیلامان کوچک برای تابش های کمتر کاربرد دارند.

راههای افزایش مقاومت فیلامان:       1-افزایش طول سیم فیلامان    2-کاهش سطح مقطع سیم فیلامان

علل استفاده از تنگستن در فیلامان:

1-داشتن نقطه ذوب بالا

2-قابلیت شکل پذیری و استحکام

3-اتم های آن برای تابش به انرژی کمی نیاز دارند

4-تولید الکترون به صورت یکنواخت

5-امکان خروج اتم های گازی باقیمانده در آن

6-پائین بودن نسبت تبخیر

   اگرفیلامان درهرتابش گرم ومجدداسردشود باعث آسیب وشکستن فیلامان می شود برای رفع این مشکل برقراری جریان دائمی و کمی در آن برقرار می کنیم

جهت جلوگیری از تبخیر فیلاماناز عنصر توریم به آن اضافه میکنیم که باعث افزایش عمر و کارایی بهتر در تابش ترمویونیک  می شود

سرپوش کانونی: به دلیل نیروی دافعه متقابل و همچنین حجم بالای الکترون ها ، این الکترون ها در طول مسیر به سمت آند از هم دور و پراکنده می گردند و سطح  بزرگی از آند را بمباران می کنند به همین دلیل از سرپوش کانونی (Focusing Cap) که فیلامان را احاطه کرده استفاده می شود. این وسیله دارای پتانسیل منفی است و توسط یک میدان الکتریکی قوی می تواند الکترون ها را کانونی کند. این وسیله که از جنس مولیبدیم است با نیروی الکتریکی موجب کانونی شدن جريان الکترونی می شود.

آند

قطب مثبت لامپ مولد پرتو X که به دو صورت ثابت و دوار میباشد. آندهای ثابت یک صفحه کوچک تنگستن به ضخامت 2تا 3 میلی متر میباشند که در یک بلوک بزرگ مس قرار داده شده اند.

وظایف آند عبارتند از: 1-نگهداشتن هدف در محل دقیق آن 2- ایجاد هادی الکتریکی برای جریان یافتن الکترونهای هدف به سایر قسمت های مدار 3-ایجاد هادی گرمایی برای انتقال حرارت با هدف جلوگیری از افزایش دمای آن چرا که 99درصد انرژی الکترون ها به گرما و فقط حدود 1 درصد به اشعه تبدیل می شود.

تنگستن عدد اتمی بالایی داشته و لذا بازده تولید پرتو ایکس بالاتری دارد. نقطه ذوب بالای تنگستن تحمل حرارتی خوبی به آن میدهد و در ضمن این ماده در جذب، انتقال و پراکنده سازی گرما نیز عملکرد خوبی دارد

راه کارهای کاهش دمای آند:

1)  اصول کانون خطی

 

 

استفاده از سطح کانونی بزرگ  باعث افزایش انتقال حرارت و کاهش کیفیت گرافی

 

استفاده از کانون نقطه ای باعث کاهش انتقال حرارت و افزایش کیفیت تصویر

 

استفاده از اصول کانون خطی باعث افزایش انتقال حرارت و افزایش کیفیت تصویر

 

ابعاد لکه کانونی موثر وابسته به ابعاد لکه کانونی حقیقی و زاویه آن است . کاهش زاویه هدف باعث  تشدید اثر پاشنه آند می شود و در نتیجه شدت فوتون ها در آند کاهش بیشتری پیدا میکند.

 

2)  آند دوار

دارای دیسک تنگستنی با میانگین سرعت 3000  (یا حتی تا 7000) دور در دقیقه با لبه های مورب با زاویه 15_5 درجه

اند دوار داری یک بدنه است که این بدنه وظایفی را متحمل می شوند مانند: 1- هدایت جریان الکتریکی به سایر قسمت های مدار 2) انتقال قسمت اندکی از گرمای تولید شده در دیسک 3) به گردش در آوردن دیسک

آند دوار مشکلاتی چون سنگین شدن آند ومشکل درگردش دیسک دارد  برای به حداقل رساندن مشکل اینرسی دیسک می توان اقداماتی چون کوتاهتر کردن طول ساقه آند ، استفاده از دو سری بلبرینگ و کاهش وزن دیسک را انجام داد.

آسیب دیسک آند:

در اثر عواملی مانند بمباران الکترون ها انبساط دیسک  حرارت و فشار داخلی نوار کانونی سطح ناهموار پیدا کرده در نتیجه شدت اشعه ایکس کاهش پیدا میکند. و راه کارهای جلوگیری از آسیب دیسک عبارتند از  1- استفاده از 10 درصد رنیوم 90 درصد  تنگستن و 2-دیسک های دارای شیارهای متحدالمرکز

دیسک به واسطه ساقه با بدنه آند اتصال دارد که جنس آن از مولیبدینیوم میباشد که نقطه ذوب بالا و هدایت گرمایی پایینی دارد.

راه کارهای افزایش ظرفیت حرارتی دیسک:

1)  اففزایش حجم و قطر دیسک  اما این خود باعث  مشکل افزایش اینرسی می شود.

2)  استفاده از دیسک های ترکیبی :

الف)پوشش سطحی از زیرکونیوم رنیوم و تیتانیوم

ب) قسمت مرکزی ازتنگستن مولیبدینیوم گرافیت

استفاده از گرافیت و مولیبدینیوم با کاهش وزن تا یکدهمی نسبت به تنگستن اینرسی را 35% _50% کاهش میدهد. در دیسک های ترکیبی با افزایش حجم و قطر بدون افزایش وزن میتوان ظرفیت حرارتی دیسک را افزایش داد. مزایای دیسکهای ترکیبی نسبت به دیسکهای مشابه ازجنس تنگستن :

1)  سبکتر شدن وزن دیسک و درنتیجه چرخش آسانتر روتور

2) افزایش ظرفیت حرارتی

3) افزایش مقاومت دیسک در برابر آسیب های سطحی

4) امکان تولید اشعه به مقادیر زیاد در مدت زمان خیلی کوتاه

 

 

2- پانل کنترل

صفحه است که تکنولوژیست با آن می تواند کمیت و کیفیک اشعه تولید شده را کنرتل کند و بطور کلی شامل کلید کنترل برای ON & OFF ، تنظیم KVp ،تنظیم mA ، تنظیم Sec دستگاه دارد. نکته قابل توجه این است که کلیه مدارات این پنل با ولتاژ پایین کار می کنند ،بنابراین احتمال خطر شوک به حداقل ممکن می رسد.

 

3-         قسمت ولتاژ بالا

در این بخش دستگاه ، ولتاژ با برق شهری تبدیل به ولتاژ بالا برای تغذیه دستگاه تبدیل می شود. این بخش که اغلب در یک محفظه فلزی قرار دارد در گوشه اتاق رادیولوژی است و تمام بخش های این قسمت در روغن غوطه ور است.

بخش های اساسی از جهت تولید ولتاژ مورد نیاز ، ترانسفورماتورهای افزاینده ، ترانسفورماتورهای کاهنده و یکسوکننده ها هستند.

اصول کار ترانسفورماتور

ضرورت استفاده از ترانسفورماتور چیست؟ در تیوپ ما به دوسری ولتاز نیاز داریم . یکی برای شتاب دادن به الکترون ها (40 -150 KVp)و دیگری برای گرم کردن فیلامان(10 V) . و همه این ولتاژها از برق شهر یعنی 120-220 ولت و فرکانس 50-60هرتز تامین می شود . ترانسفورماتور عامل اصلی این تبدیل ولتاژهاست.

ترانسفورماتور از یک هسته فلزی تشکیل شده که به دور آن یکسری سیم پیچ اولیه و یکسری سیم پیچ ثانویه پیچیده شده است. در ترانسفورماتور یک میدان الکتریکی توسط یک میدان مغناطیسی واسطه به یک میدان الکتریکی ثانویه متفاوت از اولیه تبدیل می شود.

جنس هسته از موادی در نظر گرفته می شود کهدر مقابل عبور شار کمترین مقاومت را داشته باشد.

 خصوصیات ترانسفورماتور عبارتند از: ایزوله بودن میدان های الکتریکی اولیه و ثانویه برای افزایش و کاهش شدت جریان و ولتاژ استفاده می شوند که رابطه حاکم بر آن عبارتست از                                     

 

که در این رابطه N تعداد دور، V ولتاژ، I شدت جریان می باشد.

تغییرات ولتاژ عبوری از ترانسفورماتور متناسب است با تعداد دورهای آن. ترانسفورماتوری که نسبت بزرگتر از یک باشد [یعنی تعداد دور ثانویه بیشتر از اولیه باشد] افزاینده و در صورتی که کوچکتر از یک باشد ترانسفورماتور کاهنده است. و مقدار شدت جریان عبوری عکس ولتاژ می باشد.

در نتیجه در یک ترانسفورماتور افزاینده شدت جریان ثانویه کمتر از اولیه است و در کاهنده برعکس.

 

اتوترانسفورماتور

ترانسفورماتوری است که ولتاژ اولیه را برای ترانسفورماتور افزاینده (جهت شتاب الکترون) و ترانسفورماتور کاهنده (جهت گرم شدن فیلامان) تامین می کند.

نکته: اندازه گیری میزان KVp دو سر لامپ یا باید توسط KVp meter های باظرفیت بالا و قوی اندازه گیری شود که به علت هزینه بالا مقرون به صرفه نیست و یا باید در قسمت ولتاژ پایین اندازه گیری شود. و اتوترانسفورماتور بهترین مکان برای قرار گیری KVp meter می باشد.

اما ساختمان فیزیکی اوتوترانسفورماتور: از یک هسته آهنی و یک سری سیم پیچ به دور آن تشکیل شده است

 


در شکل روبرو اگر خروجی B’C باشد ترانسفورماتور افزاینده و اگر

خروجی B’E باشد ترانسفورماتور کاهنده می باشد.

  

ایرادات اتوترانسفورماتور: 1- از لحاظ الکتریکی سیم پیچ های اولیه و ثانویه ایزوله نیستند.2- افزایش یا کاهش به میزان زیاد با اتوترانس مقدور نیست.

سیستم برقی سه فاز

برق سه فاز مورد استفاده در تولید اشعه ایکس همانند دیگر برق های سه فاز دارای یک فاز جداگانه(که 120 درجه نسبت به هم اختلاف فاز دارند) و یک نول مشترک است.

 ترانسفوماتورهای سه فاز سه دسته سیم پیچ اولیه و سه دسته سیم پیچ ثانویه دارند که می توان آنها را به طرق مختلف با یکدیگر اتصال داد این طرق اتصال از قرار زیرند:

1-ستاره ای 2- مثلثی 3- اتصال زیگزاک

که توضیح آنها در مبحث جداگانه ای مطرح می گردد.

 

 

 

یکسوسازها

ولتاژ برق شهر به صورت متناوب (AC)و سینوسی است اما برق مورد استفاده در اکثر مدارات الکترونیکی مستقیم(DC) است.


در مدار جريان متناوب (AC ) شارش جريان در نصف مدت در جهت

 مثبت و در نصف ديگر در جهت منفي مي باشد.

 بخش منفي منحني بيانگر شارش جريان در جهت مخالف است.

حال بیاییم نمودار روبرو را همزمان با تولید اشعه مقایسه کنیم

 زمانی که نمودار در بخش مثبت قرار دارد جریان در مدار تولید اشعه از آند به کاتد بوده (جهت حرکت e مخالف جهت جریان می باشد) و باعث پرتاب e ها از کاتد به آند می شود که باعث تولید اشعه می شود . زمانی که نمودار ولتاژ به صفر می رسد تولید اشعه قطع و زمانی که به منفی می رسد جریان برعکس شده و از آند به کاتد می شود و در این حالت یا eها شتاب نمی گیرند و یا اگر e ها برعکس حالت قبل از آند به کاتد شتاب بگیرند باعث بمباران الکترونی فیلامان(کاتد) شده و درنتیجه فیلامان پاره می شود و لامپ می سوزد. مجموعا به وسیله  نیاز داریم به نام دیود که کار یکسو سازی را انجام می دهد یعنی فقط به آن قسمت از موج (مثبت یا منفی)که ما می گوییم اجازه عبور میدهد

ساختمان دیود بطور جداگانه ای شرح داده خواهد شد.

علامت رسمی دیود به صورت زیر بوده و جریان را فقط در جهت نوک پیکان از خود عبور می دهد.

 
   

 

 

یعنی بعد از قرار گیری در مدار شکل موج بصورت زیر تغییر می کند.

 

 

به نوع یکسوسازی بالا یکسوساز نیم موج می گویند چرا که فقط نیمی از موج ها را از خود عبور میدهد.

بررسی انواع یکسوسازی

 

نیم موج تک فاز

 تمام موج تک فاز

 3 فاز 6 پالس

 3 فاز 12 پاس 

 یکسوسازی فرکانس بالا

 

 در اینجا یک سوال مطرح می شود که باوجود برق تک فاز چه نیازی به برق سه فاز می باشد؟

 

 

ارسال نظر برای این مطلب
این نظر توسط 4444 در تاریخ 1396/2/11 و 21:58 دقیقه ارسال شده است

خوب بود ممنون (=


نام
ایمیل (منتشر نمی‌شود) (لازم)
وبسایت
:) :( ;) :D ;)) :X :? :P :* =(( :O @};- :B /:) :S
نظر خصوصی
مشخصات شما ذخیره شود ؟ [حذف مشخصات] [شکلک ها]
کد امنیتیرفرش کد امنیتی
اطلاعات کاربری
نام کاربری :
رمز عبور :
  • فراموشی رمز عبور؟
  • آمار سایت
  • افراد آنلاین : 4
  • تعداد اعضا : 515
  • بازدید روز : 141
  • گوگل امروز : 4
  • بازدید هفته : 3,749
  • بازدید ماه : 14,403
  • بازدید سال : 143,707
  • بازدید کلی : 773,874