Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Раздел 4. Взаимодействие электронного потока с твердыми телами
Способы преобразования энергии электронного потока, основанные на взаимодействии с твердыми телами и структурами
1.Эффекты взаимодействия электронного пучка с твердыми телами и структурами.
2.Растровые электронные микроскопы.
3.Новые направления и перспективы развития электронных микроскопов.
4.Устройство и принцип работы рентгеновской трубки.
5.Классификация и применение рентгеновских трубок.
6.Флюорограф.
7.Электронно-лучевая сварка и пайка.
Демонстрационный материал:
К вопросу 5 рекламные проспекты ОАО КМПО (Открытое акционерное общество «Казанское моторостроительное производственное объединение»).
1.Эффекты взаимодействия электронного пучка с твердыми телами и структурами
При взаимодействии электронного пучка с твердыми телами и структурами возникает несколько видов излучений:
–вторичные и отражённые электроны;
–электроны, прошедшие сквозь объект (если он тонкий);
–рентгеновское тормозное излучение и характеристическое излучение;
–световое излучение и тепловое излучение (рис. 5)
Рис. 5. Схема взаимодействия электронного пучка с твердым телом:
1 — первичный пучок электронов;
2 — детектор вторичных электронов;
3 — детектор рентгеновского излучения;
4 — детектор отражённых электронов;
5 — детектор светового излучения;
6 — детектор прошедших электронов;
7 — прибор для измерения наведённого на объекте электрического потенциала;
8 — прибор для измерения тока прошедших через объект электронов;
9 — прибор для измерения тока поглощенных в объекте электронов.
Рентгеновское излучение.
При затормаживании потока быстрых электронов, проникающих в вещество, образуется рентгеновское излучение. Рентгеновские лучи испускаются любым веществом, которое бомбардируется быстрыми электронами.
Это свойство дает возможность использования электрического тока в вакууме для получения рентгеновских лучей.
Световое излучение.
Некоторые вещества (стекло, сульфиды цинка и калия) при «бомбардировании» электронами излучают свечение. В настоящее время эти материалы (люминофоры) позволяют преобразовать до 25% энергии электронного потока в световую энергию ([13*], стр.228).
Этот эффект мы уже рассмотрели, изучая вопрос катодолюминесценции.
Нагрев.
2.Растровые электронные микроскопы
www . cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/126/112.htm
Растровые электронные микроскопы (РЭМ) с накаливаемым катодом предназначены для исследования массивных объектов с разрешением от 70 до 200 Å. Ускоряющее напряжение в РЭМ можно регулировать в пределах от 1 до 30—50 кВ.
Растровые электронные микроскопы (РЭМ), работают по принципу сканирования (развёртывания), то есть последовательного от точки к точке перемещения тонкого электронного пучка (зонда) по объекту.
Устройство растрового электронного микроскопа показано на рис. 4.
Раздаточный материал.
Растровый электронный микроскоп (РЭМ)
Рис. 4. Растровый электронный микроскоп (РЭМ):
1 - изолятор электронной пушки;
2 - накаливаемый V-образный катод;
3 - фокусирующий электрод;
4 - анод;
5 - блок двух конденсорных линз;
6 - диафрагма;
7 - двухъярусная отклоняющая система;
8 - объектив;
9 - диафрагма;
10 - объект;
11 - детектор вторичных электронов;
12 - кристаллический спектрометр;
13 - пропорциональный счётчик;
14 - предварительный усилитель;
15 - блок усиления:
16, 17 - аппаратура для регистрации рентгеновского излучения;
18 - блок усиления;
19 - блок регулировки увеличения;
20, 21 - блоки горизонтальной и вертикальной развёрток;
22, 23 - электроннолучевые трубки.
При помощи 2 или 3 электронных линз на поверхность образца фокусируется узкий электронный зонд. Магнитные отклоняющие катушки развёртывают зонд по заданной площади на объекте.
При взаимодействии электронов зонда с объектом возникает несколько видов излучений (рис. 5): вторичные и отражённые электроны; электроны, прошедшие сквозь объект (если он тонкий); рентгеновское тормозное излучение и характеристическое излучение; световое излучение и т. д.
Любое из этих излучений может регистрироваться соответствующим коллектором, содержащим датчик, преобразующий излучение в электрические сигналы, которые после усиления подаются на электроннолучевую трубку (ЭЛТ) и модулируют её пучок. Развёртка пучка ЭЛТ производится синхронно с развёрткой электронного зонда в РЭМ, и на экране ЭЛТ наблюдается увеличенное изображение объекта.
Увеличение равно отношению высоты кадра на экране ЭЛТ к ширине сканируемой поверхности объекта. Фотографируют изображение непосредственно с экрана ЭЛТ.
Основным достоинством РЭМ является высокая информативность прибора, обусловленная возможностью наблюдать изображение, используя сигналы различных датчиков. С помощью РЭМ можно исследовать микрорельеф, распределение химического состава по объекту, р-n-переходы, производить рентгеноструктурный анализ и многое другое. Образец обычно исследуется без предварительной подготовки.
РЭМ находит применение и в технологических процессах (контроль дефектов микросхем и пр.).
Существенный недостаток РЭМ – большая длительность процесса «снятия» информации при исследовании объектов. Иногда один кадр формируется в течение 10—15 мин.
Дополнительный материал.
Высокая для РЭМ разрешающая способность реализуется при формировании изображения с использованием вторичных электронов. Она определяется диаметром зоны, из которой эти электроны эмиттируются. Размер зоны в свою очередь зависит от диаметра зонда, свойств объекта, скорости электронов первичного пучка и т.д. При большой глубине проникновения первичных электронов вторичные процессы, развивающиеся во всех направлениях, увеличивают диаметр зоны и разрешающая способность падает.
Детектор вторичных электронов состоит из фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) и электронно-фотонного преобразователя, основным элементом которого является сцинтиллятор с двумя электродами — вытягивающим в виде сетки, находящейся под положительным потенциалом (до нескольких сотен В), и ускоряющим. Последний сообщает захваченным вторичным электронам энергию, необходимую для возбуждения сцинтиллятора.
К ускоряющему электроду приложено напряжение около 10 кВ. Обычно он представляет собой алюминиевое покрытие на поверхности сцинтиллятора. Число вспышек сцинтиллятора пропорционально числу вторичных электронов, выбитых в данной точке объекта.
После усиления в ФЭУ и в видеоусилителе сигнал модулирует пучок ЭЛТ. Величина сигнала зависит от топографии образца, наличия локальных электрических и магнитных микрополей, величины коэффициента вторичной электронной эмиссии, который в свою очередь зависит от химического состава образца в данной точке.
Отражённые электроны регистрируются полупроводниковым (кремниевым) детектором. Контраст изображения обусловлен зависимостью коэффициента отражения от угла падения первичного пучка и атомного номера вещества. Разрешение изображения, получаемого «в отражённых электронах», ниже, чем получаемого с помощью вторичных электронов (иногда на порядок величины). Из-за прямолинейности полёта электронов к коллектору информация об отдельных участках, от которых нет прямого пути к коллектору, теряется (возникают тени).
Характеристическое рентгеновское излучение выделяется или рентгеновским кристаллическим спектрометром или энергодисперсным датчиком – полупроводниковым детектором (обычно из чистого кремния, легированного литием). В первом случае рентгеновские кванты после отражения кристаллом спектрометра регистрируются газовым пропорциональным счётчиком, а во втором – сигнал, снимаемый с полупроводникового детектора, усиливается малошумящим усилителем (который для снижения шума охлаждается жидким азотом) и последующей системой усиления.
Сигнал от кристаллического спектрометра модулирует пучок ЭЛТ, и на экране возникает картина распределения того или иного химического элемента по поверхности объекта. На РЭМ производят также локальный рентгеновский количественный анализ. Энергодисперсный детектор регистрирует все элементы от Na до U при высокой чувствительности. Кристаллический спектрометр с помощью набора кристаллов с различными межплоскостными расстояниями (см. Брэгга — Вульфа условие) перекрывает диапазон от Be до U. Сравнительно высокую PC можно получить, используя электронный зонд достаточно малого диаметра. Но при этом уменьшается сила тока зонда, вследствие чего резко возрастает влияние дробового эффекта, снижающего отношение полезного сигнала к шуму. Чтобы отношение «сигнал/шум» не падало ниже заданного уровня, необходимо замедлить скорость сканирования для накопления в каждой точке объекта достаточно большого числа первичных электронов (и соответствующего количества вторичных). В результате высокая PC реализуется лишь при малых скоростях развёртки.
РЭМ с автоэмиссионной пушкой обладают высокой для РЭМ PC (до 30 Å). В автоэмиссионной пушке (как и в электронном проекторе) используется катод в форме острия, у вершины которого возникает сильное электрическое поле, вырывающее электроны из катода (см. Туннельная эмиссия). Электронная яркость пушки с автоэмиссионным катодом в 103–104 раз выше, чем пушки с накалённым катодом. Соответственно увеличивается ток электронного зонда. Поэтому в РЭМ с автоэмиссионной пушкой осуществляют быстрые развёртки, а диаметр зонда уменьшают для повышения PC. Однако автоэмиссионный катод работает устойчиво лишь при сверхвысоком вакууме (10–9–10–11 мм рт.ст.), и это усложняет конструкцию таких РЭМ и работу на них.
Просвечивающие растровые Э. м. (ПРЭМ) обладают столь же высокой PC, как и ПЭМ. В этих приборах применяются автоэмиссионные пушки, обеспечивающие достаточно большой ток в зонде диаметром до 2—3 Å. На рис. 6 приведено схематическое изображение ПРЭМ. Две магнитные линзы уменьшают диаметр зонда. Ниже объекта расположены детекторы — центральный и кольцевой. На первый попадают нерассеянные электроны, и после преобразования и усиления соответствующих сигналов на экране ЭЛТ появляется т. н. светлопольное изображение. На кольцевом детекторе собираются рассеянные электроны, создающие т. н. темнопольное изображение. В ПРЭМ можно исследовать более толстые объекты, чем в ПЭМ, т. к. возрастание числа неупруго рассеянных электронов с толщиной не влияет на разрешение (после объекта оптика в ПРЭМ отсутствует). С помощью анализатора энергии электроны, прошедшие сквозь объект, разделяются на упруго и неупруго рассеянные пучки. Каждый пучок попадает на свой детектор, и на ЭЛТ наблюдается соответствующее изображение, содержащее дополнительную информацию о рассеивающих свойствах объекта. Высокое разрешение в ПРЭМ достигается при медленных развёртках, т. к. в зонде диаметром всего 2—3 Å ток получается слишком малым.
Рис. 6. Принципиальная схема просвечивающего растрового электронного микроскопа (ПРЭМ): 1 – автоэмиссионный катод; 2 –промежуточный анод; 3 – анод; 4 – отклоняющая система для юстировки пучка; 5 – диафрагма «осветителя»; 6, 8 – отклоняющие системы для развертки электронного зонда; 7 – магнитная длиннофокусная линза; 9 – апертурная диафрагма; 10 – магнитный объектив; 11 – объект; 12, 14 – отклоняющие системы; 13 – кольцевой коллектор рассеянных электронов; 15 – коллектор нерассеянных электронов (убирается при работе со спектрометром); 16 – магнитный спектрометр, в котором электронные пучки поворачиваются магнитным полем на 90°; 17 – отклоняющая система для отбора электронов с различными потерями энергии; 18 – щель спектрометра; 19 – коллектор; ВЭ – поток вторичных электронов hn – рентгеновское излучение
Эмиссионные электронные микроскопы создают изображение объекта в электронах, которые эмиттирует сам объект при нагревании, бомбардировке первичным пучком электронов, освещении и при наложении сильного электрического поля, вырывающего электроны из объекта. Эти приборы обычно имеют узкое целевое назначение.
Зеркальные электронные микроскопы служат главным образом для визуализации электростатического «потенциального рельефа» и магнитных микрополей на поверхности объекта. Основным оптическим элементом прибора является электронное зеркало, причём одним из электродов служит сам объект, который находится под небольшим отрицательным потенциалом относительно катода пушки. Электронный пучок направляется в зеркало и отражается полем в непосредственной близости от поверхности объекта. Зеркало формирует на экране изображение «в отражённых пучках». Микрополя возле поверхности объекта перераспределяют электроны отражённых пучков, создавая контраст на изображении, визуализирующий эти микрополя.
3.Новые направления и перспективы развития электронных микроскопов.
Этот вопрос может быть переведен в разряд дополнительного материала при дополнении вопроса, касающейся электронно-лучевой сварки!
Одним из новых направлений развития электронных микроскопов является создание электронных микроскопов смешанного типа.
Электронные микроскопы смешанного типа. Сочетание в одном приборе принципов формирования изображения с неподвижным пучком (как в просвечивающем электронном микроскопе) и сканирования тонкого зонда по объекту позволило реализовать в таком электронном микроскопе преимущества ПЭМ, РЭМ и ПРЭМ.
В настоящее время во всех ПЭМ предусмотрена возможность наблюдения объектов в растровом режиме (с помощью конденсорных линз и объектива, создающих уменьшенное изображение источника электронов, которое сканируется по объекту отклоняющими системами). Кроме изображения, сформированного неподвижным пучком, получают растровые изображения на экранах ЭЛТ с использованием прошедших и вторичных электронов, характеристические рентгеновские спектры и т.д. Оптическая система такого ПЭМ, расположенная после объекта, даёт возможность работать в режимах, неосуществимых в других приборах. Например, можно одновременно наблюдать электронограмму на экране ЭЛТ и изображение того же объекта на экране прибора.
Перспективы развития.
Повышение разрешающей способности в изображениях непериодических объектов до 1 Å и более позволит регистрировать не только тяжёлые, но и лёгкие атомы и визуализировать органический мир на атомарном уровне.
Для создания с подобным разрешением повышают ускоряющее напряжение, разрабатывают электронные линзы с малыми аберрациями (в частности криогенные линзы, в которых используется эффект сверхпроводимости при низких температурах), работают над созданием методов исправления аберраций ЭЛ и т.д.
Исследование механизма формирования частотно-контрастных характеристик изображения в электронных микроскопах привело к разработке методов реконструкции изображения, которые осуществляются аналогично тому, как это делается в световой оптике, где подобные методы основаны на Фурье преобразованиях, а соответствующие расчёты производятся на ЭВМ.
Лит.:
1.Eighth international congress on electron microscopy, Canberra, 1974.
2.Стоянов П.А., Мосеев В.В., Розоренова К.М., Ренский И.О. Электронный микроскоп предельного разрешения ЭМВ-100Л, «Изв. АН СССР. Сер. физическая», т. 34, 1970.
3.Хокс П. Электронная оптика и электронная микроскопия, пер. с англ., М., 1974.
4.Деркач В.П., Кияшко Г.Ф., Кухарчук М.С., Электронозондовые устройства, К., 1974.
5.Стоянова И.Г., Анаскин И.Ф. Физические основы методов просвечивающей электронной микроскопии, М., 1972.
6.Oatley С.W. The scanning electron microscope, Camb., 1972.
7.Grivet P. Electron optics, 2 ed., Oxf., 1972.
П. А. Стоянов.
4.Устройство и принцип работы рентгеновской трубки
www . cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/096/519.htm
www . cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/096/520.htm
www . 5ka.ru/88/19785/1.html
При затормаживании потока быстрых электронов, проникающих в вещество, образуется рентгеновское излучение. Рентгеновские лучи испускаются любым веществом, которое бомбардируется быстрыми электронами.
Это свойство дает возможность использования электрического тока в вакууме для получения рентгеновских лучей.
Рентгеновские лучи (рентгеновское излучение) – это электромагнитное ионизирующее излучение, занимающее спектральную область между гамма-излучением и ультрафиолетовым излучением в пределах длин волн от 10-4 до 103 Å (от 10-12 до 10-5 см).
Рентгеновские лучи с длиной волны l < 2 Å условно называются жёсткими, с l > 2 Å – мягкими.
Эти излучения были открыты в 1895 г. В.К.Рентгеном. Рентгеновскими они названы в честь первооткрывателя, однако сам Вильгельм Рентген назвал их Х-лучами, этот термин применяется во многих странах.
В течение 1895–1897 г.г. Рентген исследовал свойства рентгеновских лучей и создал первые рентгеновские трубки. Рентгеновская трубка – электровакуумный прибор, служащий источником рентгеновского излучения.
Для получения интенсивного пучка этих лучей Рентген построил специальную трубку, состоящую из хорошо откачанного стеклянного шара (рис.1), в который впаяны три металлических электрода: катод К в виде сферической чашечки, анод А и антикатод АК. Антикатод установлен под углом 45° к катоду для наиболее удобного использования выходящих из него рентгеновских лучей.
Электроны, вылетающие нормально к поверхности катода, попадают в его центр кривизны С, лежащий на антикатоде, изготовленном из тугоплавкого металла. Накапливание на антикатоде отрицательного электрического заряда могло бы привести к прекращению работы трубки, поэтому он соединен с анодом.
Рентгеновское излучение в рентгеновской трубке возникает при торможении электронов, испускаемых катодом, и их ударе об анод (антикатод) и представляет собой наложение тормозного рентгеновского излучения на характеристическое излучение вещества анода.
При этом энергия электронов, ускоренных сильным электрическим полем в пространстве между анодом и катодом, частично преобразуется в энергию рентгеновского излучения.
В современных рентгеновских трубках (рис.2) роль катода выполняет электронная пушка – вольфрамовая спираль, нагреваемая током и служащая источником свободных электронов. Фокусировка электронного пучка производится цилиндром Ц. Антикатод трубки является одновременно анодом.
Такие трубки работают устойчивее, чем первая модель.
Распечатать как раздаточный материал только схему!
Схема рентгеновской трубки для структурного анализа
Схема рентгеновской трубки для структурного анализа
Схема рентгеновской трубки для структурного анализа
Рис. 2. Схема рентгеновской трубки для структурного анализа:
1 – металлический анодный стакан (обычно заземляется);
2 – окна из бериллия для выхода рентгеновского излучения;
3 – термоэмиссионный катод;
4 – стеклянная колба, изолирующая анодную часть трубки от катодной;
5 – выводы катода, к которым подводится напряжение накала, а также высокое (относительно анода) напряжение;
6 – электростатическая система фокусировки электронов;
7 – анод (антикатод);
8 – патрубки для ввода и вывода проточной воды, охлаждающей анодный стакан.
Термоэмиссионный катод рентгеновской трубки обычно представляет собой спираль или прямую нить из вольфрамовой проволоки, накаливаемую электрическим током.
Рабочий участок анода представляет собой металлическую зеркальную поверхность, расположенную перпендикулярно или под некоторым углом к потоку электронов.
Для получения сплошного спектра рентгеновского излучения высоких энергий и интенсивности используют аноды из Au, W; в структурном анализе пользуются рентгеновской трубки с анодами из Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag.
Основные характеристики рентгеновской трубки:
–предельно допустимое ускоряющее напряжение (1—500 кв),
–электронный ток (0,01 ма — 1а),
–удельная мощность, рассеиваемая анодом (10—104 вт/мм2),
–общая потребляемая мощность (0,002 вт — 60 квт) и размеры фокуса (1 мкм — 10 мм).
К.п.д. рентгеновской трубки составляет 0,1—3%.
На рентгеновскую трубку любой конструкции подается напряжение в несколько десятков киловольт.
5.Классификация и применение рентгеновских трубок
www . cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/096/519.htm
Классификация.
Рентгеновские трубки различают:
–по способу получения потока электронов – с термоэмиссионным (подогревным) катодом, автоэмиссионным (острийным) катодом, катодом, подвергаемым бомбардировке положительными ионами и с радиоактивным (b) источником электронов;
–по способу вакуумирования – отпаянные, разборные;
–по времени излучения – непрерывного действия, импульсные;
–по типу охлаждения анода – с водяным, масляным, воздушным, радиационным охлаждением;
–по размерам фокуса (области излучения на аноде) – макрофокусные, острофокусные и микрофокусные;
–по его форме – кольцевой, круглой, линейчатой формы;
–по способу фокусировки электронов на анод – с электростатической, магнитной, электромагнитной фокусировкой.
Применение.
Рентгеновские трубки широко применяют в медицине, технике и научных исследованиях, а именно:
–в рентгеновском структурном анализе (рис.1, а),
–в рентгеновском спектральном анализе (большую роль играют рентгеновские лучи при изучении строения кристаллов);
–в дефектоскопии (рис.1, б) (с помощью рентгеновских лучей обнаруживают изъяны в литых металлических изделиях – раковины или трещины становятся видимыми на флуоресцирующем экране в виде светлых пятен на тени от изделия);
–в рентгенодиагностике (рис.1, б) (при помощи рентгеновских лучей можно получить на флуоресцирующем экране или на фотографической пленке изображение не только костей, но и внутренних органов человека, например, желудка);
–в рентгенотерапии (облучение рентгеновскими лучами применяют при лечении злокачественных опухолей);
–в рентгеновской микроскопии и микрорентгенографии.
Рис.1. Общий вид рентгеновских трубок для структурного анализа (а), дефектоскопии (б) и медицинской рентгенодиагностики (в).
Наибольшее применение во всех областях находят отпаянные рентгеновские трубки с термоэмиссионным катодом, водоохлаждаемым анодом, электростатической системой фокусировки электронов (рис. 2).
Лит.:
1.Тейлор А. Рентгеновская металлография, пер. с англ., М., 1965.
2.Уманский Я.С. Рентгенография металлов и полупроводников, М., 1969.
3.Шмелев В.К. Рентгеновские аппараты, М., 1973.
В Г.Лютцау.
6.Флюорограф
http://xray.rusmedserv.com/equipment/flur/
История флюорографии и флюорографов началась с появлением рентгеновских лучей. Еще самим Вильгельмом Рентгеном было замечено, что икс-лучи, проходя сквозь предметы, формируют изображение на светящемся (флюоресцирующем) под действием этих лучей экране.
Открытие сразу же нашло практическое применение в медицине для диагностики патологии: пациента ставили на пути лучей от рентгеновской трубки и наблюдали «светящуюся тень» от ставшего полупрозрачным для этих лучей тела на экране. Ведь зачем, казалось бы, связываться с дорогостоящей пленкой и химическими реактивами, тратить на них лишнее время, если можно увидеть патологию сразу, не отходя от пациента. Но при данном подходе выявляются два серьезных недостатка:
Первый – невозможность зафиксировать выявленную патологию. Хотя, сначала многие пытались делать зарисовки увиденного от руки, в то время, как врач и пациент продолжали облучаться.
Второй – невозможность просмотра большого количества пациентов (как по причине больших дозовых нагрузок, так и по причине длительности рентгеноскопического исследования).
И все же, когда первые мысли о возможности профилактического использования рентгеновских лучей стали воплощаться в жизнь, стали появляться гибриды рентгеноскопии и рентгенографии. Так появились первые флюорографы.
Флюорография как вид исследования стала революционной, т.к. впитала в себя на начальном этапе многие преимущества обоих родителей, а именно:
Скорость исследования;
Относительно низкие затраты на одного пациента;
Средние лучевые нагрузки на пациентов (больше, чем при рентгенографии, но меньше, чем при рентгеноскопии);
Возможность хранения архивов (проявленных пленок).
С течением времени перечисленные преимущества понемногу совершенствовались, а некоторые из них претерпели поистине революционные изменения. Постепенно совершенствовалась конструкция рентгеновских трубок, качество флуоресцентных экранов, качество и размер рентгеновской пленки.
Но первый существенный прорыв в безопасность и качество произошел при появлении усилителей рентгеновского изображения. Теперь конструкция схематически выглядела так: Рентгеновская трубка – человек – экран – усилитель изображения – рентгеновская пленка. Подобный сложный «бутерброд» позволял сразу в несколько раз снизить дозовую нагрузку на пациента без потери качества изображения.
Классический усилитель изображения работает так: свет от флюоресцирующего экрана попадает на фотокатод, из которого выбиваются электроны. Электронное облако достаточно контрастно повторяет изображение, совершенно не искажая его. Далее это облако ускоряется, двигаясь к аноду, фокусируется с помощью электростатических линз и образует на выходном флюоресцирующем экране усиленное по яркости контрастное изображение объекта уже в лучах видимого света. Ну а затем это изображение переносится на пленку.
Второй существенный прорыв произошел при полном переходе на цифровые технологии и отказе от рентгеновских пленок. Более того, полный переход на цифровые технологии иногда ставит под сомнение сам термин флюорография, т.к. в некоторых моделях никакого флюоресцирующего экрана не стало. Вместо него и следующего за ним фотоаппарата на современных аппаратах установлены полупроводниковые детекторы. Существует два современных вида флюорографов – с ПЗС и линейным детектором:
ПЗС (прибор с зарядовой связью), он же CCD (Charge Coupled Device) - это чувствительный к свету детектор, который используется также и в цифровых фотоаппаратах. Когда свет от экрана попадает на детекторную поверхность микросхемы ПЗС, выделяются электроны, которые накапливаются в элементах изображения детектора или попросту в пикселях. Как правило, микросхема ПЗС состоит из сотен тысяч или нескольких миллионов пикселей. Чем их больше, тем выше качество изображения. Большее число световых лучей генерируют большее число электронов. Таким образом, более яркий участок изображения имеет большее число электронов, накапливаемых в каждом пикселе. Принципиальных отличием ПЗС-детекторов является большая чувствительность по сравнению с рентгеновской пленкой. С помощью системы линз (объектива) реальное изображение, полученное на светящемся экране (обычно 400 на 400 мм), уменьшается до размера матрицы ПЗС. Для врача главным достоинством цифрового флюорографа с ПЗС является привычность работы, т.е. выполнение снимка ничем не будет отличаться от процедуры работы на пленочном флюорографе. Только получение изображения существенно упрощается, поскольку картинка практически мгновенно появляется на экране монитора. К достоинствам таких систем можно отнести:
малое время экспозиции (сотые доли секунды);
снижение дозы облучения пациента в несколько раз в сравнении с самыми современными пленочными моделями.
Переход на линейные кремниевые детекторы излучения, напрямую преобразующие энергию излучения в цифровой сигнал, стал следующим шагом в развитии флюорографии. То есть в отличие от ПЗС-флюорографов потерялся посредник в виде светящегося экрана, а с ним исчезла проблема теряемой энергии излучения. То есть схема прибора существенно упростилась до последовательности «излучатель – человек – детектор». Конечно же, за детектором будет находиться вычислительная техника, позволяющая не только обработать сигнал и выдать его в виде четкого изображения, но и распечатать, передать по каналам связи, добавить в архив и многое другое. Для того чтобы вызвать ионизацию в линейном детекторе, теоретически достаточно нескольких электрон-вольт энергии (энергия рентгеновского излучения измеряется в сотнях и тысячах электрон-вольт). Это значит, что новый детектор в идеальных условиях может уловить каждый квант рентгеновского излучения, проходящего через тело человека. А из этого на практике следует, что в сравнении с пленочными аппаратами можно в несколько десятков раз уменьшить дозу облучения пациента, сведя ее к цифрам, близким к фоновым (физиологическим, природным) нагрузкам. Процесс съемки отличается тем, что детектор перемещается вдоль грудной клетки одновременно с веерообразным (плоским) рентгеновским пучком. Собственно съемка при этом длится не доли секунды, а 5-10 секунд. Именно столько времени необходимо паре излучатель-детектор для того, чтобы «пройтись» вдоль грудной клетки. Доза излучения получается еще ниже, чем при использовании ПЗС, всего лишь 5-10 микрозиверт. Для сравнения отметим, что старые советские флюорографы давали (а кое-где и продолжают давать) нарузку примерно равную 600 микрозиверт!
Как видите, современные флюорографы – максимально информативные и безопасные приборы, позволяющие быстро и эффективно выявить нуждающихся в лечении при массовом обследовании населения. Сегодня флюорографы продолжают развиваться и идти в ногу со временем, впитывая все самые передовые технологии для достижения единственной цели – сохранения здоровья человека.
7.Электронно-лучевая сварка и пайка
Предоставить демонстрационный материал.
Нагрев при взаимодействии электронного пучка с твердыми телами широко используется в различных отраслях производства для электронно-лучевой сварки, для восстановления изношенных поверхностей методом пайки электронным лучом, для получения сверхчистых металлов и т.д.
Например, в ОАО КМПО (Открытое акционерное общество «Казанское моторостроительное производственное объединение») освоены технологии электронно-лучевой сварки, восстановления изношенных поверхностей методом пайки электронным лучом.
Технологический процесс электронно-лучевой сварки.
Позволяет произвести сварку деталей толщиной до 100 мм за один проход, сварку требующих особой точности деталей (типа ротор компрессора, шестерни и др.).
Качественные сварные соединения получаются за счет обеспечения глубоко вакуума – 5105 мм рт.ст.
Оборудование: Электронно-лучевая установка ЭЛУ-19,ЭЛУ 10.
Технологический процесс восстановления изношенных поверхностей методом пайки электронным лучом.
Осуществляется путем местного разогрева зоны пайки.
Давление – 5105 мм рт.ст.
Припой ВПр-11-40 Н.
Оборудование: Электронно-лучевая установка ЭЛУ-19.
Лекция 11
Преобразование энергии электронного потока в другие виды энергии: способы, основанные на взаимодействии с внешними электромагнитными полями
1.Преобразование энергии электронного потока в другие виды энергии.
2.Способы, основанные на взаимодействии с внешними электромагнитными полями.
3.Энергетический эффект взаимодействия.