Как сделать рентгеновский аппарат своими руками

рентгеновский аппарат своими руками
Что вы узнаете:

Как сделать рентгеновский аппарат своими руками.

 Итак, вы хотите научиться делать рентгеновский аппарат? Что ж, у нас для вас есть для вас информация!

Предисловие:

И зачем мне это?

Конечно, для расширения творческого пространства людей! К сожалению сейчас нет, увлекательной механики и поэтому если бы у вас будет возможность поставить на наш сайт или эту страничку ссылку, поделившись ей в социальных сетях или на форуме в интернете для нас это было бы очень замечательно!

Я потратил почти два месяца на написание этого руководства по изготовлению домашнего рентгена, рентген аппарата просто для того, чтобы дать вам и некоторым кулибиным (включая меня) инструмент, которых они хотят. Так, чо если вы смогли бы поставить на наш сайт ссылку, то это было бы просто здорово! 🙂

Предупреждение:

Рентгеновские лучи могут убить. По крайней мере, они могут вызвать у вас рак, который также убивает. Если вы не полностью понимаете опасность ионизирующего излучения и недостаточно компетентны в этом, чтобы работать с напряжениями, превышающими 50 000 эВ, ни при каких обстоятельствах не делайте, то, что я сделал здесь.

 Шаг 1. Будьте в безопасности: лучевая болезнь

лучевая болезнь от рентгеновского аппарата

«Обычное излучение», такое как микроволновое, инфракрасное и видимое излучение, обычно не имеет энергии, необходимой для разрыва химических связей, поэтому мы можем сидеть на солнце и получать тысячи ватт, не чувствуя никаких вредных последствий. Однако когда мы достигаем ультрафиолета, у этого излучения теперь достаточно энергии, чтобы разорвать эти химические связи, в том числе и в нашем теле. Это означает, что излучение высокой энергии, такое как излучение рентгеновской трубки, может повредить ДНК, а в достаточно высоких дозах может даже вызвать лучевую болезнь.

Острая лучевая болезнь возникает, когда ваше тело поглощает большое количество ионизирующего излучения, обычно порядка нескольких зивертов. Что делает радиацию смертельной, так это ее воздействие на ДНК. Когда частица высокой энергии, будь то фотон или какая-либо другая частица, сталкивается с ДНК, она разрывает связи и перестраивает основания. Обычно ваши клетки могут исправить это повреждение, но если клетка не справляется с этой задачей, она часто совершает самоубийство, прежде чем разделится. Для долгоживущих клеток, таких как мышцы, это не такая уж большая проблема, поскольку у других клеток есть время, чтобы заменить мертвые. Однако для короткоживущих клеток этот апоптоз становится серьезной проблемой, поскольку клетки умирают слишком быстро, чтобы их можно было заменить.

К таким короткоживущим клеткам относятся клетки, производящие слизь, выстилающие стенку кишечника. При воздействии достаточного количества излучения эти слизистые клетки начинают массово отмирать и не заменяются. Отсутствие слизистых клеток означает, что слизи не будет, а отсутствие слизи означает, что нет защиты от желудочной кислоты. Кишечник перестает всасывать частицы пищи, кислота обжигает ткани, и в конечном итоге вы умираете от сепсиса. Если каким-то образом вы переживете это испытание, вам понадобится трансплантация костного мозга, поскольку недолговечные клетки костного мозга отмерли. Симптомы лучевой болезни включают тошноту, боль в животе и недостаток энергии.

Подробную таблицу симптомов можно найти в интернете.

И поэтому мы защищаемся от ионизирующего излучения! Имейте в виду, что для того, чтобы вызвать лучевую болезнь, требуется очень большое количество радиации, а не то, что могла бы когда-либо произвести пластина из фольги или даже расписанные радием часы. Однако рентгеновская трубка, безусловно, способна генерировать очень интенсивное излучение!

Шаг 2: Будьте в безопасности: знайте свою поглащающию (радиацию) энергию!

доза облучения

Чтобы уменьшить количество радиации, которому вы подвергаетесь, между вами и источником излучения помещается экранирование. Эта защита снижает количество излучения до приемлемого уровня. Но какой именно приемлемый уровень? В конце концов, это вам решать, но, как правило, идея состоит в том, чтобы опуститься настолько низко, насколько это практически возможно. Чтобы помочь определить приемлемый уровень, у меня есть таблица действий, которые подвергают человека воздействию радиации. [изображение выше]

Существует несколько различных типов излучения, и с каждым из них нужно относиться по-разному, когда речь идет о радиологической защите. Некоторые типы требуют большей защиты, чем другие, и, поскольку это руководство, я сделаю некоторые пояснения. Сначала с излучением частиц, затем с электромагнитным излучением. Но прежде чем мы это сделаем, давайте поговорим об энергии.

Излучение может иметь разные уровни энергии, энергии которых измеряются в электрон-вольтах (эВ). Один электрон-вольт определяется как количество энергии, полученное одним электроном, когда он движется через электрическое поле в один вольт. Например, фотоны зеленого света обычно имеют энергию около 2,3 эВ, а синий свет имеет энергию 3 эВ. Более энергичное излучение способно вызвать больший ущерб, когда оно попадает во что-то, и поэтому микроволны, такие как излучаемые сотовыми телефонами (0,00001 эВ), не вызывают химического повреждения, в то время как гамма-лучи, которые могут иметь энергию 5 миллионов эВ, могут причинить серьезный ущерб и вред здоровью.

Обычно излучение с более высокой энергией труднее экранировать, чем излучение с более низкой энергией, но когда дело доходит до излучения частиц, тип имеет тенденцию играть большую роль при определении проникновения. Обычно излучение частиц имеет тенденцию быть наименее проникающим.

Шаг 3. Будьте в безопасности: виды радиактивного распада

виды радиактивного распада
виды радиактивного распада

Альфа-распад – наиболее распространенный метод радиоактивного распада. Во время альфа-распада нестабильный элемент выбрасывает должным образом ионизированное ядро ​​гелия, известное как альфа-частица. Фактически, весь гелий на Земле образуется в результате распада урана и других элементов под землей.

Хотя альфа-частицы обладают очень высокой энергией, часто с энергиями в диапазоне МэВ, они очень большие. Из-за этого их очень легко остановить. Фактически, альфа-частица не может даже пройти мимо листа бумаги или даже кожи в этом отношении. Альфа-частицам обычно трудно пройти через более 3 см воздуха, поэтому для альфа-излучения не требуется специальной защиты. Только не ешьте альфа-излучатель, и все будет в порядке.

Следующий тип радиоактивного распада – это бета-распад, процесс, при котором нейтрон превращается в протон, а в обмен на него выбрасываются электрон и нейтрино. Нейтрино не представляют интереса, поскольку они маленькие, легкие и нейтральные, поэтому проходят через любую материю, с которой сталкиваются, и улетают в космос, как призрак. Быстрый электрон, известный как бета-частица, имеет отрицательный заряд, поэтому он может взаимодействовать с веществом и, таким образом, представлять опасность. К счастью, бета-частицы не очень проникают; все, что нужно для их защиты, – это кусок алюминия.

Последний тип излучения частиц известен как нейтронное излучение; то, что создается, когда атомы либо сливаются, либо расщепляются. В отличие от всех других форм излучения, нейтроны могут превращать вещи в радиоактивные! Это связано с тем, что, когда нейтрон ударяет по атому, он может прилипнуть к нему, превращая этот атом в другой стабильный изотоп или, возможно, радионуклид. Если вы не играете с гамма или с урановыми реакторами, нейтронное излучение не представляет особой проблемы, но, тем не менее, его лучше всего экранировать легкими материалами, такими как вода и алюминий. Большое количество воды – отличный замедлитель нейтронов, но благодаря этому и человеческое тело тоже. Поэтому нейтронное излучение особенно опасно для живых существ, поэтому сделайте все, что в ваших силах, чтобы его избежать.

Хотя вы не столкнетесь с излучением частиц, играя с рентгеновскими лучами, всегда лучше быть в курсе!

Шаг 4: Будьте в безопасности: используйте защиту!

поглащение гамма и рентгеновских лучей свинцом

Теперь, когда у нас есть излучение частиц, пришло время электромагнитного излучения: высокоэнергетических фотонов. Есть два типа электромагнитного излучения, о которых вам следует беспокоиться; гамма и рентгеновские лучи.

Сначала начнем с гамма-лучей. В некоторых радионуклидах ядро ​​атома остается в возбужденном состоянии после бета- или альфа-распада. Затем эта энергия высвобождается с помощью фотона очень высокой энергии. Под высокой энергией я подразумеваю несколько МэВ, благодаря чему гамма-лучи очень проникающие. Чтобы остановить их, требуется довольно много материала, поэтому свинец часто является материалом для защиты от гамма-излучения. Если по какой-то причине у вас очень активный источник гамма-излучения, используйте много свинца, чтобы защитить его. Примерно 5 см или больше серого металла должно быть достаточно.

Рентгеновские лучи и рентгеновское излучение

Другой тип электромагнитного излучения, который я должен обсудить, – это рентгеновские лучи. Рентгеновские лучи образуются, когда электроны сбрасывают большое количество энергии в один фотон, создавая таким образом легкую частицу очень высокой энергии. Рентгеновские лучи во многом похожи на обычный свет: они распространяются по прямым линиям, могут отражаться в некоторой степени и рассеиваться в воздухе так же, как зеленый лазерный луч. Экспериментируя с рентгеновскими лучами, всегда следите за тем, чтобы ваша лаборатория была легкой конструкции. Хотя стены из шлакоблоков отлично подходят для предотвращения выхода рентгеновских лучей из вашей лаборатории, они также отлично подходят для отражения их обратно в вас! Лучше заставить их сбежать, чем заставлять их прыгать.

По возможности направляйте рентгеновские лучи либо вниз, на землю, либо вверх в воздухе: в любом месте, где они вряд ли будут перехвачены животными или людьми. НИКОГДА не включайте рентгеновскую трубку в общем доме или квартире, не зная, что излучение будет сдерживаться, и НИКОГДА не подвергайте себя преднамеренному воздействию рентгеновского излучения.

Важно защитить себя от рентгеновских лучей, чтобы предотвратить передозировку! Требуемая степень защиты полностью зависит от энергии и количества останавливаемого рентгеновского излучения. Свинец является идеальной защитой от рентгеновских лучей, потому что он дешев, легко обрабатывается и имеет высокий ядерный заряд; то, что позволяет ему очень хорошо поглощать электромагнитное излучение. Для удобства я подготовил эту диаграмму зависимости энергии от затухания и количества необходимого свинца, используя стандарты, установленные Международным агентством по атомной энергии. [Изображение выше]

Шаг 5: Что такое рентгеновская трубка?

рентгеновская трубка сделать своими руками
рентгеновская трубка сделать своими руками

По сути, рентгеновская трубка представляет собой термоэмиссионный диод, оптимизированный как для высоких напряжений, так и для больших мощностей. Подобно термоэмиссионному диоду, все элементы заключены в стеклянную оболочку, которая откачана до максимально возможного вакуума.

Принцип работы трубки не слишком сильно отличается от метода работы диода. Нагреватель пропускает немного тока, чтобы нагреть его до накала, при этом раскаленный вольфрамовый катод выкипает из облака электронов, одновременно фокусируя их в пучок. Эти электроны затем притягиваются к положительно смещенному аноду и движутся к нему с очень высокой скоростью. По прибытии на анод электроны с высокой энергией теряют энергию из-за столкновений с атомами металла. Большинство этих электронов будут делать немного больше, чем нагревать анод, но около 2% будут генерировать рентгеновские лучи в процессе, обозначаемым как тормозное излучение.

Шаг 6: Как рентгеновские трубки производят рентгеновское излучение?

тормозное излучение

Это излучине буквально переводится как «тормозное излучение». Это процесс, при котором высокоскоростной электрон «тормозит и стреляет» вокруг ядра атома, сбрасывая свою кинетическую энергию на один фотон. Передающий электрон может иметь энергию, превышающую 60 кэВ, поэтому возникают очень энергичные фотоны; фотоны, которые летят в космос и становятся рентгеновскими лучами, которые мы все знаем и любим.

То, что определяет энергию создаваемого рентгеновского излучения, – это величина напряжения, присутствующего на аноде. На самом деле это довольно просто; большее напряжение означает большее притяжение электронов, а большее притяжение приводит к более быстрому электронному пучку. Более быстрые электроны способны производить фотоны с более высокой энергией, и, таким образом, «жестче» рентгеновские лучи с более высокой энергией будут генерироваться.

Тормозное излучение – это непрерывный спектр излучения, похожий на источник «белого света». Поскольку большинство электронов задевают несколько атомов, прежде чем они успевают выстрелить, они часто теряют часть энергии до того, как испускают рентгеновское излучение. Таким образом, создается целый диапазон энергий рентгеновского излучения.

Максимальная энергия, которую может иметь рентгеновский луч, ограничена энергией производящего его электрона, которая сама прямо пропорциональна напряжению, приложенному к аноду трубки. Часто эта энергия измеряется как пик в киловольтах или кВп. На самом деле большинство производимых рентгеновских лучей – это низкоэнергетические, «мягкие» рентгеновские лучи, но они значительно ослабляются стеклянной стенкой трубки.

Характеристики и производство электронов 🙂

Характеристика или производство k-линий – это второй режим, в котором электрон может производить рентгеновское излучение. В этом методе электроны выбивают другие из самой нижней оболочки атома и оставляют отверстие, которое необходимо заполнить. Это нестабильное устройство затем быстро стабилизируется электронами из более высоких оболочек, которые прыгают вниз, чтобы заполнить дыру, испуская рентгеновский фотон во время путешествия.

Электроны вольфрамовой k-оболочки имеют энергию связи 69,5 кэВ, поэтому для того, чтобы их выбросить, ваши электроны должны иметь энергию более 69,5 кэВ. Обычно для этого нужно дать аноду немного больше 72 кВ, отсюда и стандартная рентгеновская трубка 75 кВ.

После того, как электрон k-оболочки получит ботинок, его дырка будет немедленно заполнена электроном l-оболочки вольфрама; энергия связи 10,2 кэВ. Разница между этими двумя энергетическими состояниями; 69,5 кэВ и 10,2 кэВ дают нам характерную энергию рентгеновского излучения вольфрама 59,3 кэВ. Молибденовый анод будет давать два пика: один при 19,7 кэВ, а другой – 17,6 кэВ.

Интересно, что этот процесс можно использовать для идентификации элементов на основе их k-линий. Путем бомбардировки образца электронами и измерения выходных спектров анализатор рентгеновской флуоресценции может определить, какие элементы содержатся в соединении.

Шаг 7: анодный ток анодный ток

В то время как анодное напряжение контролирует «жесткость» рентгеновских лучей, напряжение, приложенное к нагревателю трубки, дает независимый контроль над общим потоком рентгеновских лучей. Более горячий катод испаряет больше электронов, уменьшая импеданс и позволяя большему току проходить через ванну. Однако следует быть осторожным, так как слишком большая мощность приведет к повреждению анода трубки из-за чрезмерного нагрева. В идеале, медицинский генератор рентгеновского излучения должен обеспечивать короткую вспышку высокой интенсивности излучения для уменьшения «выдержки» и общей дозы, поглощаемой пациентом.

 

Удобно, что эти трубки обычно поставляются с некоторыми графиками, помогающими установить параметры для конструкции машины; [изображение выше] показывает соотношение между напряжением нагревателя и анодным током для выбранной мной трубки. Судя по кривой, необходимо подать на нагреватель 2,6 В, чтобы позволить приличным 3 мА протекать через анод трубки. Хотя 3 мА может показаться не очень большим током, при 75 000 В это респектабельные 225 Вт мощности! Если предположить, что КПД составляет 3%, это будет равняться 6,7 Вт выходной энергии рентгеновского излучения.

Когда кто-то думает о том, как электрическая лампочка мощностью 100 Вт излучает в среднем 4 Вт видимого света, становится совершенно ясно, что лампа будет излучать довольно большое количество излучения; конечно достаточно, чтобы сделать рентгеновский снимок.

Шаг 8: Тепловые ограничения

охладение при сборке рентгенвского аппарата
охладение при сборке рентгенвского аппарата

Критическое значение, которое необходимо знать, – это теплоемкость анода. Анод вольфрам / медь имеет ограниченную теплопроводность, что ограничивает его способность рассеивать большое количество тепла, генерируемого сфокусированным электронным пучком. Чтобы справиться с этим, трубки часто работают в рабочем цикле, ограниченном как рабочей мощностью, так и теплоемкостью анода. В обчныой трубке эта теплоемкость обычно составляет 7 кДж.

К счастью, производители рентгеновских аппаратов и рентгеновских трубок обязаны по федеральному закону, предоставлять кривые нагрева и охлаждения анодов для своих устройств [изображение выше]. Очевидно, что работа этой лампы на мощности 225 Вт ограничит максимальное время воздействия чуть менее 1 минуты с 5-минутным периодом охлаждения. Конечно, рентгеновское облучение никогда не длится 1 минуту; обычно они составляют максимум несколько секунд. И при условии, что лампой не злоупотребляют, мощность 225 Вт не будет чрезмерной для ее работы.

Шаг 9: Создание сверхвысокого натяжения

генерации высокого напряжения Существует множество методов генерации высокого напряжения, включая, помимо прочего, катушки Тесла, индукционные катушки, генераторы Маркса, генераторы Ван-Де-Граффа и каскады Кокрофта-Уолтона. Существуют даже такие неортодоксальные методы, как пьезоэлектрические и пироэлектрические кристаллы.

Хотя все эти методы имеют свои преимущества и недостатки, умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона будет предпочтительной схемой для этого проекта. Правильно спроектированные каскады способны преобразовывать большие мощности с относительно небольшими потерями, а их легкий и небольшой рост делают их хорошо подходящими для небольшого генератора рентгеновского излучения.

Обратитесь к первой схеме. Подавая переменный ток в эту цепь, можно пожертвовать циклами и током в обмен на удвоенное, утроенное или даже четырехкратное напряжение постоянного тока. Принцип работы всей схемы достаточно прост, так как это не более чем каскад удвоителей напряжения [второй рисунок]

При отрицательном чередовании самая нижняя пластина C1 заряжается до -10 кВ через D1. После этого положительное чередование соединяет C1 последовательно с другим 10 кВ, создавая общую разность потенциалов 20 кВ, которая делится с C2 через D2. Затем эти 20 кВ могут быть разряжены, или можно добавить еще один каскад, чтобы создать 30 кВ, или еще один, чтобы получить 40 киловольт. В действительности, однако, требуется еще несколько циклов, чтобы батарея достигла своего полного потенциала из-за паразитных сопротивлений, ограничивающих то, что в противном случае было бы очень высокими токами.

Шаг 10: Проектирование мощности генератора Кокрофта

проектирование мощности генератора

Максимальное напряжение, которое может существовать между землей и ступенью n, можно предсказать, используя приведенную выше формулу.

В этой математике нет ничего явно сложного; это просто пиковое входное значение постоянного тока, умноженное на количество ступеней в стеке умножителя. Конечно, это только теоретическое выходное напряжение. Большие конденсаторы высокого напряжения являются дорогостоящими и громоздкими, поэтому в большинстве случаев мы застряли с помощью небольших конденсаторов й их высокого X C .

Теперь взгляните на уравнение №2.

Большое влияние n во второй половине уравнения говорит о том, что использование как можно меньшего количества каскадов в умножителе поможет минимизировать падение напряжения. Меньшее количество этапов будет означать меньше серии возбудимы конденсаторы, и , следовательно , более низкий X C . Точно так же I ÷ ( f* C) говорит нам, что как более высокие частоты, так и большие емкости уменьшают падение напряжения под нагрузкой. В обоих сценариях X C будет уменьшено. Таким образом, практический умножитель должен содержать не более 5 каскадов, работать на очень высокой частоте и иметь конденсаторы емкостью не менее 500 пФ.

Эта проблема усугубляется тем фактом, что многие конденсаторы включены в умножитель последовательно. Высокая импедансная природа этой схемы позволяет любой нагрузке существенно понижать напряжение. Это падение может быть настолько глубоким, что время было потрачено на разработку формулы для оценки падения напряжения в различных условиях.

Шаг 11: Проектирование * CW

проектирование

Типичный умножитель для рентгеновского аппарата будет состоять из 4-х каскадов, состоящих из пары последовательно соединенных конденсаторов на 1,5 нФ, 15 кВ и еще одной пары из двух последовательно соединенных сверхбыстрых диодов на 15 кВ. Это дает эквивалент конденсаторов 30 кВ 750 пФ и диодов 30 кВ соответственно.

Рабочая частота должна быть установлена ​​на 70 кГц, чтобы свести к минимуму емкостные потери в обмотках трансформатора, но все же она должна быть достаточно высокой, чтобы протолкнуть 3 мА без слишком большого падения напряжения.

См. Изображение выше.

Это падение на 2,6 кВ, безусловно, является разумным и может быть компенсировано увеличением входного напряжения еще на 650 вольт.

Однако есть одна небольшая проблема; эта формула по большей части бесполезна. Хотя теоретическое падение напряжения должно составлять 2,6 кВ, оно, скорее всего, будет порядка от 6 до 12 кВ. Хотя это значительно выше, чем прогнозировалось, его нельзя компенсировать, немного увеличив частоту и входное напряжение.

Шаг 12: Осцилляторы!

осциллятор в рентгеновском аппарате
осциллятор в рентгеновском аппарате

Умножитель генератора по-прежнему требует умеренно высокого напряжения и высокой частоты на входе. Очевидно, это не может быть получено из стопки из 5000 ячеек AA, поэтому его нужно генерировать с помощью какого-то колебательного колдовства. Самым логичным заклинанием, конечно, был бы обратный преобразователь прямого режима, предпочтительно такой, который включает нулевое напряжение или точку пересечения нулевого тока для минимизации потерь.

Чтобы получить 225 Вт при 12 кВ, нам потребуется 54 мА, и, предполагая 100% эффективность, нам также потребуется потреблять 6,25 А от источника 36 В. Конечно, 100% -ный КПД недостижим, но 10А при 36 В все же не является необоснованным для любителей поставить.

Осциллятор выбора для этой задачи – осциллятор ZVS с питанием от тока; LC-резонансная схема переключения при нулевом напряжении. Хотя можно использовать генераторы Хартли или Колпиттса, оба они не переключаются в условиях холостого хода и, таким образом, сжигают значительное количество энергии, когда полевой МОП-транзистор проходит через свою линейную область.

 Шаг 13: Как работает ZVS

Как работает ZVS
Как работает ZVS

Пожалуйста, обратитесь к этой схеме [изображение выше].
Когда питание подается на схему, ток начинает течь через L1 и в сток полевых МОП-транзисторов через центральную катушку нагрузки с отводом. Одновременно это напряжение появляется на обоих затворах и начинает включать полевые МОП-транзисторы. Поскольку нет двух одинаковых полевых транзисторов, один из них включается быстрее другого и снижает напряжение на затворе противоположного полевого МОП-транзистора. Один полевой транзистор теперь зафиксирован, а другой выключен. Резервуарный конденсатор не позволяет цепи оставаться в этом состоянии, поскольку LC-резонанс вызывает синусоидальное реактивное сопротивление в цепи; реактивное сопротивление, которое «перевернет» состояния полевых МОП-транзисторов и подаст больше тока в резервуар. Это колебание продолжается до тех пор, пока не будет отключено питание или какая-либо нестабильность, такая как индуктор насыщенной нагрузки, защелкнет один полевой МОП-транзистор и взорвет цепь.

Хотя теоретически схема могла бы работать, такой генератор без некоторых модификаций оказывается очень ненадежным. Вместо подключения ворот непосредственно к резервуару LC, было бы разумнее оставить их нормально подтянутыми через пару резисторов, в то время как резервуар LC поочередно заземлял ворота через сверхбыстрые диоды обратной связи. Этот метод гарантирует, что никакие паразитные токи не заблокируют ворота и не отключат цепь. [изображение 2 выше]

Конечно, затворы MOSFET не допускают напряжения VGS, превышающего 30 В, поэтому разумно использовать стабилитроны 18 В для защиты затвора от таких избыточных напряжений. Разрядные резисторы 10K гарантируют, что на затворе не останется паразитных зарядов, пока он опускается диодом обратной связи.

Если это очень запутало тебя, эта симуляция может помочь!

Шаг 14: проектирование ZVS

LC-генератор Поскольку это не что иное, как LC-генератор, рабочая частота ZVS может быть получена с помощью формулы параллельного резонанса [изображение выше]

Параллельные резонансные LC-генераторы часто имеют низкий коэффициент мощности резервуара, и этот не является исключением. При потреблении 8 ампер ток циркуляционного бака может превышать 50А! Это может стать проблемой, если сопротивление катушки нагрузки постоянному току велико. Для борьбы с этим можно использовать конденсатор большего размера, чем индуктивность, поскольку паразитное сопротивление металлизированного полиэфирного конденсатора обычно меньше, чем у большой катушки.

[посмотрите на изображение 2 выше]

Поскольку мы разработали CW для работы на частоте 70 кГц, нам потребуется та же частота из этого ZVS. Чтобы достичь этого с емкостью резервуара 680 нФ, нам потребуется примерно 7,5 мкГн индуктивности резервуара или около 5 витков провода на среднем ферритовом сердечнике. Поскольку 5 витков медной проволоки в большинстве своем имеют незначительное последовательное сопротивление I ^ 2 R, потери в катушке будут минимизированы. Если напряжение катушки поднимется достаточно высоко, чтобы насыщать сердечник трансформатора, могут возникнуть проблемы, но воздушный зазор должен решить любые проблемы и снять вопросы.

Шаг 15: Трансформатор

трансформатор для рентгеновского аппарата
трансформатор для рентгеновского аппарата

Поскольку серийно выпускаемые высоковольтные трансформаторы трудно достать в небольших количествах, трансформатор для вашего рентгеновского аппарата необходимо взять с разборки, либо сделать вручную. Обычно лучше всего найти трансформатор обратного хода переменного тока и заменить его сердечник на что-нибудь посильнее. 

Особое внимание необходимо уделить предотвращению насыщения, которое в противном случае могло бы произойти при 15 вольт на оборот; выберите сердечник с низкой проницаемостью, большой площадью поперечного сечения, небольшим магнитным путем, а затем установите воздушный зазор 0,5 мм.

Шаг 16: Катодный блок питания: переключение режима преобразования мощности

Катодный блок питания для рентгена
Катодный блок питания для рентгена

Рентгеновской трубке требуется источник питания с низким напряжением и высоким током для питания ее нагревателя; что-то, что должно быть получено из шины 14V. Линейный регулятор сожжет недопустимое количество энергии, поэтому вместо него следует использовать импульсный регулятор. Если заземленный катод не требует изолированного источника питания, можно использовать простую понижающую топологию для обеспечения требуемого регулируемого напряжения.

Понижающие преобразователи – это простейшая из топологий с режимом переключения. По сути, схема измеряет напряжение на конденсаторе и пытается поддерживать заданное напряжение, изменяя ток, подаваемый на этот конденсатор. Часто это делается путем изменения рабочего цикла быстро переключающегося полевого МОП-транзистора. Хотя в теории это может звучать хорошо, на практике очень высокие токи, испытываемые полевым МОП-транзистором, увеличивают потери до недопустимых уровней. В реальном мире индуктор размещается последовательно с полевым МОП-транзистором, чтобы более или менее «усреднить» этот ток.

Однако это решение создает другую проблему. Быстрое прерывание тока в катушке индуктивности приведет к разрушительным выбросам высокого напряжения, которые могут разрушить полевой МОП-транзистор. Обычно это решается путем установки диода в противоположную сторону от индуктора, но это создает цепь с очень большими потерями. Вместо этого диод ставится в встречу с нагрузкой.

Посмотрите выше

Когда переключатель замкнут, ток течет через нагрузку и фильтрующий конденсатор через катушку индуктивности. Когда на конденсаторе достигается заданное напряжение, переключатель размыкается. И катушка индуктивности, и конденсатор затем подают питание на нагрузку через обратный диод Шоттки, пока напряжение не упадет до уровня, достаточного для того, чтобы схема управления снова включила полевой МОП-транзистор.

Это происходит тысячи раз в секунду.

Шаг 17: Создание SMPS

создание SMPS

Хотя было бы немного дешевле построить понижающий преобразователь из дискретных компонентов, использование «Simple Switcher» от National Semiconductor (ну, сейчас TI) было бы самым разумным и надежным вариантом. Для этой работы идеально подходит микросхема понижающего преобразователя LMZ12003 со встроенным индуктором. В среднем КПД 94% в корпусе для поверхностного монтажа, эта ИС, на мой взгляд, является выдающимся достижением полупроводниковой техники, как никакая другая!

К счастью , там не так много волос вытягивать быть сделано с помощью этого IC, помимо установки ссылки обратной связи с помощью делителя напряжения , подключенного к выходу. Этот вывод обратной связи подается на встроенный компаратор, который используется бортовым генератором для установки рабочего цикла полевого МОП-транзистора.

Убедитесь, что на выходе ИС установлен большой TVS-диод! Если это устройство выйдет из строя, и напряжение не будет ограничено, вы сожжете катод в своей охлаждающей трубке!

Шаг 18: Соберите излучающую головку

сделать излучающую головку рентген аппарата

 Атмосферный воздух имеет диэлектрическую прочность 1,1 миллиона вольт на метр, несмотря на то, что утверждает Википедия. Это соответствует 11 кВ на сантиметр или 6 кВ с заостренными электродами. Поскольку для надежной изоляции 75 кВ с помощью воздуха потребуется расстояние более 10 см,
сделать рентгеновский аппарат компактным практически невозможно.

Конечно, если не использовать изоляционное масло!

Большинство масел имеют диэлектрическую прочность в 4 раза больше, чем у воздуха, и исключают потери на коронный разряд, которые в противном случае возникли бы в конструкции на открытом воздухе. Эта причина в сочетании с повышенной теплопроводностью является причиной того, почему почти все рентгеновские аппараты изолируют все свои высоковольтные компоненты маслом, и почему и моя, и ваша должны последовать этому примеру.

Распределительная коробка отлично справляется с размещением компонентов EHT. [Изображение 1 выше] показывает распределительную коробку, в которой находится трубка Кулиджа моей машины, ее свинцовый экран, умножитель напряжения и резистор на 1,8 миллиарда Ом для измерения анодного напряжения. При напряжении 90 кВ этот резистор будет пропускать 50 мкА, необходимые для полного отклонения гальванометра.

Толщина стенки коробки будет несколько ослаблять рентгеновское излучение, поэтому лучи с низкой энергией, вероятно, не будут выходить наружу. В зависимости от того, что вы хотите сделать, это может быть проблемой, а может и не быть, но рентгеновские лучи с энергией выше 30 кэВ все равно должны проникать через этот толстый пластик.

Шаг 19: Управление рентгеновской головкой рентген аппарата

Теперь, когда сеть, производящая рентгеновские лучи, спроектирована и собрана, нам понадобится еще одна сеть, чтобы все контролировать. Теперь это может быть так же просто, как таймер 555 и несколько реле, но сейчас это было бы не очень весело, не так ли?

Обычно рентгеновский аппарат следует следующей рабочей процедуре:

1. Техник выбирает время экспозиции и кВп.
2. Нагреватель трубки кратковременно прогревается.
3. Включается высокое напряжение и делается рентгеновский снимок.

Этот процесс необходимо воспроизвести на моей машине. Самый безопасный и логичный метод – построить схему на микроконтроллере. Мало того, что микроконтроллер был бы надежным, он имел бы дополнительное преимущество, позволяющее легко модифицировать его позже.

Вот почему я использовал радиолу.

Шаг 20: Как все это должно выглядеть?

как всё должно выглядить

Чтобы проект функционировал, не обязательно, чтобы он выглядел красиво, но создание красивого вида – одна из лучших составляющих создания чего-либо. Но чтобы что-то выглядело красиво, нужно сначала понять, как это должно выглядеть.

Что до меня, то мой прибор претерпел несколько аллитераций, но, в конце концов, лучше всего было просто положить его в деревянный ящик для рукоделия. Если бы у меня был доступ к 3D-принтеру, я мог бы пойти другим путем, но, увы, все, что у меня было в моем распоряжении, – это старая коробка.

Шаг 21: Измерение

измеритель

Хотя красоста сама по себе бесполезна; части, которые делают проект красивым, действительно должны быть и полещзными и красивыми. Этими частями, в моем случае, были дисплей, ручки управления и киловольт / миллиамперметры. 

Вы, возможно, помните резистор на 1,8 миллиарда Ом, который я поместил внутри маслонаполненной коробки. Этот резистор пропускает ток 50 мкА, когда на него подается 90 кВ, поэтому, последовательно подключив к нему измеритель FSD на 50 мкА, мы создадим измеритель на 90 000 В. Осталось сделать весы!

Для измерения анодного тока требуется немного больше математики. Но никакого исчисления, просто закон Ома. Однако, прежде чем что-либо рассчитывать, давайте установим некоторые переменные. Полное отклонение измерителя составляет 100 мкА, а мы хотели бы сделать его 3 мА. Похоже, нам понадобится резистор!

Взгляните выше

Это сценарий, который мы должны создать. Однако для этого нам нужно измерить импеданс гальванометра. С этим хорошо справляется омметр, и в этом случае импеданс катушки составлял 5 кОм.

См. выше для расчётов и математики!

Шаг 22: Всё собранно, но здесь не на что смотреть …

рентгеновский аппарат своими руками
рентгеновский аппарат своими руками

Теперь я не собираюсь слишком углубляться в реальный дизайн моего блока контроллера. Зачем? Ну, это все довольно скучно и никого новому не учит! Тем не менее, для тех, кому это хоть немного интересно, я дам целую кучу аннотированных картинок, описывающих внутренности.

[Они выше]

Шаг 23: Рентгенография: рентгеновские кассеты

рентгеновский экран
рентгеновский экран

Рентгеновские лучи невидимы, как инфракрасный свет. Однако, в отличие от инфракрасного света, они очень энергичны и более чем способны возбуждать атомы, а возможно, и целую их группу. Что вы получаете, когда у вас есть возбужденные атомы?

Фотоны! Фотоны с более низкой энергией, которые мы можем видеть. Мы можем использовать это свойство, «рентгеновскую флуоресценцию», для преобразования рентгеновского луча в видимый свет, что позволяет нам наблюдать информацию, содержащуюся в нем. Часто это делается с помощью так называемого «усиливающего экрана»; пластиковый лист, пропитанный чувствительным к рентгеновским лучам люминофором.

Усиливающие экраны содержатся в усилительных кассетах; маленькие легкие плотные папки, в которых хранится рентгеновская пленка. [Изображение выше] должно дать вам хорошее представление о том, как эти вещи выглядят.

Типы кассет и экранов

Как и многие вещи в этом мире, усилительные кассеты бывают разных вкусов. Синий, Зеленый, Быстрый, Ультрабыстрый, Нормальный …

Экраны «Ультрабыстрое» дадут вам самые яркие изображения и, следовательно, самую короткую выдержку. Тем не менее, здесь есть свои недостатки. Чтобы выглядеть яркими, кристаллы на этих экранах должны быть очень большими; достаточно большой, чтобы полученное изображение было немного размытым.

«Обычные» экраны также дают более четкое изображение, хотя и более тусклое. Тогда потребуется больше рентгеновских лучей и более длительное время экспозиции, но это цена, которую мы платим.

Кассеты дают очень резкое изображение. К сожалению, это тоже очень тусклое изображение, всё же нужны экраны.

Шаг 24: Рентгенографическая запись

Рентгенографическая запись
Рентгенографическая запись

Есть несколько способов сделать рентгеновское изображение.

+ Самый традиционный метод – поместить лист рентгеновской пленки внутрь кассеты и проявить ее позже. Такую рентгеновскую плёнку можно купить у нас в интернет магазне.
+ Второй, более современный метод визуализации рентгеновских лучей – использование плоского детектора. Однако каждая из них стоит 60 000 долларов.

+ Третий метод – прикрепить усиливающий экран к листу свинцового стекла, а затем поместить за ним цифровую камеру. Альбиет немного грубоват, цифровая зеркальная камера, установленная на 10-секундный таймер, отлично справится с отображением экрана. Свинцовое стекло просто необходимо, иначе на вашем изображении будет шквал шума! 
Если у вас есть лишние деньги, добавление к рентеген камере усилителя изображения значительно сократит время экспозиции. Однако не покупайте лампу Gen 1 или Gen 2; они ужасны, переходите к поколению 3 или ничего не берите!

Шаг 25: рентгенография: создание экпозиции и натюрморта

рентген перед снимком

Рентгеновские лучи нельзя согнуть, отразить или сфокусировать, как обычный свет, и нет способа сделать камеру-обскуру, а тем более настоящую камеру для захвата рентгеновского изображения. В результате единственный метод получения рентгеновского изображения – это процесс с использованием тени или силуэта.

Не так уж и сложно настроить рентгеновское изображение.

Первый шаг, конечно же, – подождать, пока на улице не стемнеет. Если у вас нет комнаты, облицованной свинцом, я ни при каких обстоятельствах не одобряю радографию в помещении. Рентгеновские лучи просто слишком много поверхностей, от которых могут отражаться рентгеновские лучи, особенно если ваш дом состоит из тяжелой конструкции.

Лучшее место для рентгенографии – это улица, направив луч в сторону от всего живого. Например, несколько сотен метров леса – хорошая цель. Помните, что расстояние более 120 метров, в случае закона обратных квадратов уменьшает поле излучения до нуля. Поэтому всегда помните об этом.

НЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ С РЕНТГЕНОВСКИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ, ЕСЛИ ВЫ НЕ ЖИТЕ В ПРИГОРОДНОМ ИЛИ СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ. ТЕМ БОЛЕЕ НЕ включайте рентгеновскую трубку в квартире.

Теперь, когда у нас есть некоторые ограничения, давайте вернемся к экспозиции и снимакам. Это не очень сложная наука; все, что вам нужно сделать, это настроить источник рентгеновского излучения, устройство для визуализации и объект, который будет подвергаться рентгенографии. Чем ближе вы поместите объект к источнику, тем больше будет увеличение. Точно так же, если поместить его прямо перед фильмом, вы получите изображение почти в натуральную величину.

Шаг 26: Рентгенография: пик Киловольц

пик Киловольц

Надеюсь, вы разработали свой рентгеновский аппарат с регулируемым пиковым значением в киловольтах. Таким образом вы сможете регулировать контраст изображения. Более высокие напряжения означают более высокую энергию рентгеновского излучения и, следовательно, более глубокое проникновение. Лучшим способом описать это было бы показать несколько изображений …

[Изображение 1] – это рентгеновский снимок стального манометра, настроенного на соответствующее значение kVp для работы. Обратите внимание на то, что все датчики видны, а более светлые датчики трудно увидеть.

[Изображение 2] показывает тот же датчик, но с более высоким кВп. Более легкие датчики теперь почти невидимы …

[Изображение 3] показывает тот же датчик снова, но на этот раз с более низким kVp. Теперь все слишком темно.

[Изображение 4] – цветок, изображенный на изображении около 28kVp. Если бы мы не смогли установить такое низкое кВп, то цветок был бы совершенно невидимым! Это преимущество создания собственного рентгеновского аппарата вместо его покупки; вы можете отрегулировать кВп по своему усмотрению, а не только от обычных 50 до 75 кВп, которые предоставляет стоматологический аппарат.

Шаг 27: Вот и все!

Это все, что есть в рентгенографии!

В общем, это искусство, а не наука. Как и в любом искусстве, для получения хороших результатов требуется практика, поэтому не удивляйтесь, если ваши первые несколько рентгеновские снимки будут выглядеть как дерьмо. Но это опасное искусство, поэтому будьте осторожны. 

Также, пожалуйста, поделитесь нашим сайтом и ссылкой на эту статью! Поддержите меня 🙂 и мои 2 месяца трудов.

Мир неразрушающего контроля