Рентгеновская трубка


Рентге́новская тру́бка — электровакуумный прибор, предназначенный для генерации рентгеновского излучения, в котором генерация происходит за счёт тормозного излучения электронов, ускоренных до энергии более 10 кэВ и облучающих металлический анод.

Излучающий элемент представляет собой вакуумный сосуд с тремя электродами: катодом, накалом катода и анодом.

Основными конструктивными элементами рентгеновской трубки являются металлические катод и анод (ранее называвшийся также антикатодом). Катод при нагревании испускает электроны (происходит термоэлектронная эмиссия). Далее из-за большой разности потенциалов между катодом и анодом (десятки — сотни киловольт) поток электронов ускоряется и приобретает большую энергию. Полученный ускоренный пучок электронов попадает на положительно заряженный анод. Достигая анода, электроны испытывают резкое торможение, моментально теряя большую часть приобретённой энергии. При этом возникает тормозное излучение рентгеновского диапазона. В процессе торможения лишь около 1% кинетической энергии электрона идёт на рентгеновское излучение, 99 % энергии превращается в тепло. Чтобы предотвратить перегрев анода, в мощных рентгеновских трубках применяют водное или масляное охлаждение и вращающийся анод[1].

Мощные спектральные трубки конструктивно разделяются на два типа: с боковым выходом рентгеновского излучения и торцевым выходом рентгеновского излучения. В трубках с боковым выходом на катод подаётся отрицательный потенциал, а анод заземляется. В трубках с торцевым выходом часто применяется обращённая полярность питания, при которой на анод подаётся положительный потенциал, а катод заземляется. При использовании положительной полярности электрическое поле тормозит разлетающиеся с анода электроны, в результате чего исключается интенсивная бомбардировка выходного бериллиевого окна рассеянными электронами — это позволяет значительно снизить тепловую нагрузку на это окно и уменьшить его толщину до 100—150 мкм. В более тонких окнах снижается фильтрация длинноволновой компоненты спектра первичного излучения, наиболее эффективно возбуждающей рентгеновскую флуоресценцию лёгких элементов. Увеличение интенсивности длинноволновой части спектра, дополнительно возбуждаемой возвращаемыми на анод рассеянными электронами, также является преимуществом при анализе лёгких элементов. Недостаток рентгеновских трубок с положительной полярностью — необходимость применения сложной системы водяного охлаждения находящегося под высоким напряжением анода[2][3].

Рентгеновские трубки работают в режиме почти плоского диода, поэтому ток через трубку определяется законом степени трёх вторых (при неизменной температуре катода): Ia = K⋅Ua3/2, где Ia — ток анода, Ua — напряжение анода, К — коэффициент пропорциональности, индивидуальный для каждой лампы (трубки). Для регулировки тока через трубку управляют количеством испускаемых электронов, изменяя напряжение накала.