Przykłady pomiarów wielkości ogniska Lamp rentgenowskich

Transkrypt

1 Przykłady pomiarów wielkości ogniska Lamp rentgenowskich Dominik SENCZYK Politechnika Poznańska 1. Wprowadzenie Ze względu na duże znaczenie wielkości ogniska lampy w diagnostyce rentgenowskiej konieczne są metody wyznaczenia tej wielkości. Metody pomiarowe opisuje norma EN :99 - Badania nieniszczące - Właściwości ognisk przemysłowych układów aparatury rentgenowskiej stosowanych w badaniach nieniszczących. Mimo tego opisu niewiele jest dokonywanych pomiarów tej wielkości. W związku z tym poniżej przedstawiono przykłady pomiarów wielkości ogniska w lampach rentgenowskich. 2. Przykłady pomiaru wielkości ogniska lamp rentgenowskich Jedną z metod pomiaru wielkości ogniska lamp rentgenowskich jest metoda kamery z otworkiem (pinhole method), której pierwowzorem jest tzw. camera obscura. Rezultaty badania tą metodą pokazano na rys. 1. a) b) Rys. 1. Obrazy ogniska lampy rentgenowskiej uzyskane metodą kamery z otworkiem; krótsza ekspozycja (a) pokazuje tylko ognisko, natomiast dłuższa (b) również pewne szczegóły związane z targetem i anodą; obrazy rentgenowskie tych elementów są rezultatem ich bombardowania przez błądzące elektrony (stray electrons). 1

2 Przykład badania wielkości ogniska lampy rentgenowskiej przedstawiono w pracy [1]. Badano w niej możliwość zwiększenia natężenia emitowanego promieniowania przez zmiany w konstrukcji targetu lampy. Wielkość obszaru oświetlonego strumieniem elektronów wynosiła odpowiednio: ø 10 µm (target transmisyjny) oraz µm i µm (target odbiciowy). Obrazy ognisk pokazuje rys. 2. a) b) Rys. 2. Obrazy ognisk dla nowego (a) i konwencjonalnego (b) targetu odbiciowego Podobne badania [2] pokazały, że w przypadku zastosowania lampy z anodą wirującą uzyskuje się większe natężenie promieniowania rentgenowskiego (tabl. 1). W tablicy 1 oznaczono natężenie promieniowania dla lampy: I R z wirującą anodą o mocy 30 kw, I P zatopionej o mocy 1 kw. Tablica 1 Porównanie stosunku natężeń promieniowania uzyskanego z lampy z anodą wirującą o mocy 30 kw i lampy zatopionej o mocy 1 kw Kąt odbioru 2 o 3 o 4 o 5 o 6 I R /I P 31,5 32,0 33,4 35,5 36,7 Dane zamieszczone w powyższej tablicy wyraźnie pokazują, że w przypadku lampy rentgenowskiej o mocy 30 kw z wirującą anodą uzyskuje się ponad 30-krotny (aż do 36,7) wzrost natężenia promieniowania w stosunku do lampy zatopionej o mocy 1 kw. Powyższy wzrost zależy od wartości kąta odbioru promieniowania. Inny przykład pomiaru wielkości ogniska skonstruowanej lampy (zwanej laboratoryjnym synchrotronem, co wiąże się z bardzo dużym natężeniem emitowanego promieniowania rentgenowskiego) zawiera praca [3]. Lampa ta miała mikroognisko 10 µm, moc 10 W i dawała strumień fotonów około 4, s 1 dla linii CuKα. W pomiarach wielkości ogniska zastosowano optykę światłowodową (polikrystaliczne włókna miały średnicę 2 µm). Obraz rejestrowano za pomocą układu obrazowania rentgenowskiego o zdolności rozdzielczej 2 µm. Schemat blokowy stosowanego układu pomiarowego pokazano na rys. 3. Dla skalibrowania stosowanego układu wiązka światłowodów zastała zastąpiona pojedynczym włóknem o średnicy 18 µm, przy niezmienionych pozostałych warunkach eksperymentu. Otrzymane obrazy pokazano na rys. 4 i 5. 2

3 Rys. 3. Schemat blokowy układu stosowanego w pomiarach wielkości ogniska lampy rentgenowskiej Rys. 4. Obraz anody lampy rentgenowskiej Rys. 5. Obraz na wyjściu monowłókna o średnicy 18 µm Analiza uzyskanych obrazów wskazuje, że ognisko ma wielkość mniejszą niż 18 µm. W celu dokładniejszego pomiaru wielkości ogniska lampy zastosowano specjalny kolimator (rys. 6) zawierający dwie szlifowane szklane płyty, między którymi umieszczono folię o 3

4 grubości 5 µm. Środkowa część tego kolimatora była szlifowana w celu zapobieżenia całkowitemu wewnętrznemu odbiciu promieni rentgenowskich i zmniejszenia ich rozbieżności kątowej na wyjściu kolimatora. Kolimator umieszczono w specjalnym urządzeniu pozwalającym na przesuwanie go w trzech kierunkach wzajemnie prostopadłych z krokiem 2 µm. Rys. 6. Specjalny kolimator stosowany w pomiarach wielkości ogniska lampy rentgenowskiej Promieniowanie przechodzące przez powyższy kolimator mierzono detektorem półprzewodnikowym. Podczas pomiarów wielkości ogniska lampa rentgenowska pracowała przy napięciu 40 kv, a natężenie prądu anodowego wynosiło 250 µm. Rezultaty pomiarów pokazano na rys. 7. Rys. 7. Rozkład natężenia w ognisku lampy rentgenowskiej Wykres na rys. 7 pokazuje, że: rozkład natężenia w ognisku badanej lampy rentgenowskiej jest asymetryczny, co świadczy o tym, że gęstość strumienia elektronów uderzających w anodę lampy rentgenowskiej jest nierównomierna, szerokość połowkowa (FWHM) krzywej rozkładu natężenia w ognisku tej lampy wynosi około 14 µm. Podamy jeszcze rezultaty własnych badań wielkości ogniska w lampie mikroogniskowej typ BS-1 (ZSRR), w której elektrony były ogniskowane nie tylko metodą elektrostatyczną, 4

5 lecz również magnetyczną. Lampa parcowałą przy napięciu 45 kv, a natężenie prądu anodowego wynosiło 50 µa. Moc lampy wynosiła 2,2 W. W pomiarach wielkości ogniska stosowano szczelinę uformowaną przez dwie szlifowane płytki szklane, między którymi umieszczono dwa paski folii aluminiowej o grubości 5 µm, tworzące szczelinę o podobnej szerokości. Taki kolimator zamocowano w urządzeniu, w którym można było go przesuwać za pomocą śruby mikrometrycznej. Natężenie przechodzącego promieniowania mierzono licznikiem proporcjonalnym w odstępadch co 5 µm. Uzyskane rezultaty pokazano na rys. 8. Widać z niego, że lampa miała ognisko o wielkości (10 ± 2) µm. Zastosowanie mniejszego kroku pomiaru natężenia promieniowania pozwala na dokładniejszy pomiar wielkości ogniska. I [imp/min] L [mm] Rys. 8. Rezulaty pomiaru rozkładu natężenia w ognisku lampy rentgenowskiej BS-1 Szczegółowe informacje dotyczące konstrukcji lampy mikroogniskowej i pomiarów wielkości jej ogniska oraz wpływu różnych czynników na jego wielkość podano w pracy [5]. Literatura [1] Shimura Y., Mizunuma M., Kosaki S., High Brilliancy Microfocus X-Ray Generator, Rigaku Denki Co., Ltd., Tokyo, Japan. [2] Shimura Y., Mizunuma M., Nakamura K., Construction, Experimental Results and Application of a 60 kv 500 ma High Intensity Rotating Anode X-Ray Diffraction Generator, Rigaku Denki Co., Ltd., Tokyo, Japan. [3] Mikhin O. V., Dabagov S. B., Gelver V. D., Priladyshev A. V., Novel high flux x-ray source: a laboratory synchrotron, Laboratori Nazionali di Frascati, SIS Pubblicazioni LNF 03/16 (P), 18 Settembre [4] Senczyk D., Źródła promieniowania rentgenowskiego, (w przygotowaniu do druku). [5] Auleytner J., Acta Phys. Pol., 1957, t. 16, s