Цифровой рентген: от альфы до гаммы

Привет Хабр!

Давно чесались руки написать что-нибудь доброе и вечное о цифровой рентгенографии, коей занимаюсь уже как 5 лет. О себе – 12 лет в разработке железа. Начинал как конструктор, потом была схемотехника, разработка печатных плат, разработка документации, работа с ЧПУ, интеграция HW/SW, управление проектами, маркетинг. В общем – с миру по нитке.

Мы занимаемся разработкой и производством в РФ цифровых плоскопанельных рентгеновских детекторов для промышленности и медицины. Если кто забыл, что такое рентген – смотрим «Опыт рентгеноскопии в домашних условиях», «Самодельный рентгеновский компьютерный томограф», но не забываем про вред ионизирующего излучения во время домашних экспериментов.

Для кого все это нужно?


В первую очередь для медиков, это самый крупный рынок. Пленочный рентген изживает свой век, в крупных городах везде стоит цифра.

Во вторую – силовым структурам и безопасникам. В досмотровых сканерах используется детектор в виде узкой линейки, но когда необходимо получить высокое качество изображения, например при провозе запрещёнки в неожиданных местах человеческого организма или поиске закладок/жучков в оборудовании, используют плоскопанельный детектор.

В третьих – производственникам. Это контроль качества сварки, отливок, пайки металлов и монтажа электронных компонентов. Если сварка и отливки еще плотно сидят на аналоге, ибо стандарт по использованию цифрового рентгена вышел в РФ только в 2017 году, то серьезные операторы линий по монтажу плат имеют за душой рентгеновский контроль как-минимум BGA чипов.

Минутка истории


Первым регистратором рентгеновского излучения стала пленка, она выпускается в виде кассет разных размеров и чувствительности, принцип работы – реакция светочувствительного вещества на рентген и последующая проявка/усиление. Трудно, долго, ошибся в процессе экспозиции – узнаешь об этом после проявки.

Естественно природная лень толкала на поиск более удобного пути и им стала компьютерная рентгенография (CR). На входе имеем запоминающую фосфорную пластину, она сохраняет скрытое рентген изображение. Чтобы увидеть результат пластину помещают в оцифровщик, где ИК лазер сканирует всю поверхность, а фотосенсор фиксирует люминисценцию. Таким образом получают цифровое изображение и потом затирают предыдущее засветкой. Диаметр лазерного пучка (25-100 мкм) определяет разрешение системы. Проще чем аналог, но не моментально. Пластины хватает на несколько тысяч экспозиций.

Далее прогресс рождал различные системы моментального преобразования, например, усилитель рентгеновского изображения (УРИ). УРИ позволял работать в режиме реального времени, хоть и с искажениями. Принцип работы – на входе стоит люминофор (сцинтиллятор), порождающий видимый свет, который порождает на фотокатоде электроны, которые ускоряются и снова регистрируются люминофором, потом стоит линза и ПЗС сенсор. Непросто да? Одним из плюсов такой системы была возможность фокусировки электронного пучка и масштабирование изображения, минусы – геометрические искажения рентгенооптического преобразователя (РЭОП) и его размер. Весить это добро могло под 50 килограмм. Выглядит УРИ примерно так (видна ПЗС камера и громадина РЭОПа):



Следующий этап – детекторы на основе ПЗС матриц. Это уже современность, тот же сцинтиллятор, оптика и сам сенсор. Плюсы – высокое разрешение, от 2kх2k. Минусы – размер ПЗС сенсора порядка 2х2 см, вспоминаем фотоаппараты. Используется в микротомографии, как дешевый аналог плоскопанельных детекторов.

Наши дни


Почти все современные детекторы строятся на основе КМОП или TFT матриц, мы делаем на КМОП. Размер матрицы от 10х10 см до 40х40 см, что уже неплохо. КМОП матрицы меньше чем TFT, но пиксель 25-70 мкм. TFT при размерах 40х40 см имеют пиксель 130-200 мкм. Когда необходима высокая чувствительность (маммография, микротомография) обычно ставят КМОП, в остальных случаях TFT. Все сенсоры производит Азия.

Схема детектора изображена на рисунке. Рентгеновское излучение преобразуется в оптическое с помощью слоя сцинтиллятора. Так как КМОП-сенсор не очень любит ионизирующее излучение, отделяем его от люминофора волоконно-оптической плитой (ВОП). ВОП тоже не простая, а с добавками церия, чтобы не темнела со временем под рентгеном.

Как правило материал сцинтиллятора это йодид цезия (CsI) или оксисульфид гадолиния (GadOx). Отличаются они структурой, CsI это игольчатые кристаллы, по которым свет проходит как по волокну, GadOx – сплошной слой, в котором сильны эффекты рассеяния. Вот так выглядит кристалл йодида цезия:



Преобразование рентгена в свет и прохождение через толщу люминофора достаточно сложный процесс, играет всё: толщина, тип нанесения (кристаллы лучше растить сразу на ВОП), энергия излучения. Останавливаться на этом детально не буду, кто хочет узнать больше про чувствительность – читаем «X-Ray Detector Characterization — a comparison of scintillators». Грубо – до энергии 60 кВ используют GadOx, выше 100 – CsI, в серединке оба варианта. Для справки: маммография это диапазон от 20 до 40 кВ, обычная медицина от 50 до 150 кВ, промышленность от 150 до 450 кВ.

Да, совсем забыл, собирать все это добро в единый блок просто так нельзя, нужна чистая комната и оборудования для совмещения сенсоров с максимальной точностью, у нас получается уложиться в 1 пиксель.



В качестве протокола передачи данных часто используется GigE Vision/Genicam, так как в качестве физического уровня выступает гигабитный Ethernet. При большом размере матрицы и динамическом режиме работы его уже не хватает, приходится использовать Full CameraLink или оптоволокно.

В итоге детекторы выглядят так:



Снимать можно сварку, керамику, металпорошковую печать, платы с BGA чипами, лабораторных животных и делать томографию небольших объектов. Если кому интересно и есть свежие идеи по применению – пишите, будем рады.

Поделиться публикацией

Комментарии 74

    +1
    Интересно бы посмотреть примеры дифракции рентгеновских лучей в кристаллах.
    image
      +3
      А если бы кто-нибудь объяснил, как это дело расшифровывают — вообще шикарно. А то про методы определения структуры кристаллов и атомов ещё в школе рассказывают, но вот как именно понять, что ты там увидел — такого нигде не попадалось.
        0
        Берилл?
      +1
      Для справки: маммография это диапазон от 20 до 40 кВ, обычная медицина от 50 до 150 кВ, промышленность от 150 до 450 кВ.

      Насколько я знаю, в ядерной физике энергия измеряется в электронВольтах, а не в Вольтах. Соответственно выше должно быть не кВ, а кэВ.
        +1
        Это жаргон. Дело в том что трубка на 120 кv имеет максимум излучения значительно ниже чем 120 кэв
        Собственно говоря количество фотонов растет с падением частоты, потом низкоэнергетические компоненты поглощаюся материалом анода и оболочкой. Получается такой горбик спадающий к 120кэв
          +1
          Спектр при экспозиции в 120 кВ от медицинского излучателя выгляди примерно так:
          "
            0
            Да спасибо, просто немного упростил и не стал упоминать к- edge, зависимость от угла, алюминиевые фильтры и прочие эффекты, которые интересны в CT и менее важны для обычных снимков.
              0
              А за счет чего интенсивность излучения в более жесткой части спектра с фильтром вдруг становится выше чем начальная (без фильтра, пунктирная линия)?

              Фильтры же только поглотить часть излучения могут. Ну еще рассеять — т.е. поглотить фотоны высоких энергий и переизлучить более низких.

              Или тут помимо фильтров и мощность рентген трубки каждый раз меняется?
                0
                Судя по картинке каждый интеграл снормирован отдельно, то есть график качественный, а не количественный Когда делают снимок, управлять временем экспозии или током трубки довольно несложно, а вот со спектром сложности, хотелось бы иметь монохромный, а их сегодня компактных нет.
                  +1
                  График привел для справки, из моей статьи по двухэнергетической рентгенографии. Это моделирование. Все «интегралы» были нормированы по керме, так как условием было использование автоэкспонометрического контроля.
                  Для интересующихся есть хороший инструмент моделирования спектра рентгена
          +4

          "Пленочный рентген изживает свой век, в крупных городах везде стоит цифра."
          А записать диск при этом фиг выпросишь.

            0

            Вообще не понимаю зачем пишут на диски, если можно на флешку? Еще понятно когда обязательно надо отдать снимок пациенту а у того флешки с собой нет — диск просто дешевле.
            Но если отдавать не обязательно, а пациент пришел с флешкой и просит на нее записать...

              +4
              Чужие флешки в медицинскую аппаратуру пихать это как случайный секс без резинки.
                +3
                Даже если предположить, что у вас там правильно настроенное ПО с последними обновлениями и никакие вирусы вам не занесут, то кто будет отвечать, если вместо флешки у пациента окажется usb-киллер?
                  0
                  dunkelfalke, любую флешку совать это "секс без резинки". А флешки таки суют — хотя бы для снятия логов и разных данных. Сам лично принимал участие в работе над несколькими медицинскими устройствами, где предполагалось использование флешек докторами. Сделаны они были на QNX/Linux и запустить с флешки что-нибудь в принципе было не возможно — оператор имеет доступ только к GUI, а не к операционной системе.

                  balexa, для предотвращения такого нужна всего лишь коробочка с гальванической развязкой USB. Кроме того, все ходы записаны все данные пациента имеются — ему самому дороже будет. Во-первых возмещать придется, во-вторых за такое может грозить статья.
                    +2
                    В теории это вполне возможно, конечно. Но это решается проще. Например я часто встречал в клиниках запускают диски через звонок в техподдержку. Т.е. врач вставляет диск, звонит по телефону и просит запустить.
                    А еще есть легаси, где стоит винда, где нет гальванической развязки и т.д. Понятно что все можно сделать, но зачем? Кейз когда пациенту надо записать на флешку довольно редок. Уж лучше бы единую медицинскую БД нормальную сделали.
                      +2
                      Тоесть с одной стороны: специальная коробочка и гемор с потенциальным судебным разбирательство от которого ещё не факт, что будет какой-то толк, специальная операционная система.
                      С другой стороны: просто писать на компакт-диски, которые стоят копейки и архивируются намного лучше флешек.

                      Что-то даже мне второй вариант проще кажется.
                  +1
                  Ссылки в начале статьи — золотой фонд)
                  А вопрос такой — на сколько порядков (надеюсь) различается интенсивность излучения при контроле BGA пайки до гарантированного стирания FLASH памяти?
                    0
                    Думаю что несколько порядков. Коэффициент поглощения примерно пропорционален третьей степени заряда ядра. Кремний имеет относительно низкий атомный номер(количество протонов в ядре и соответственно электронов), а медь и припой высокие. То есть для необходимого контраста высокие дозы не нужны
                      +1
                      Конкретику по дозам для FLASH не знаю, в этой статье пишут про 200 кГр, рабочая доза для любого современного детектора — до 10-100 мкГр. Девяти порядков должно хватить;)
                        0
                        Когда-то были полулярны микросхемы памяти с УФ стиранием. И их более дешёвая версия на тех же кристаллах, но без окошка. Было мнение, что их можно стирать в… ренгеновском кабинете. Партии у нас были маленькие, так что я так и не попробовал:)

                          +1
                          Я тоже слышал эти басни.Ультрафиолет поглощается кремнием, а для рентгена микроны кремния практически прозрачны, они в нем не застревают и не производят эффекта. И количество фотонов в единицу времени типичной рентгеновской трубки на порядки меньше уф лампы на том же расстоянии при той же мощности… КПД рентгеновских трубок намного меньше одного процента.и каждый фотон значительно «тяжелее»(то есть их тупо меньше на единицу энергии) То есть не дождетесь, у вас трубка раньше выйдет из строя. Так что это была неправильная легенда.
                            0
                            Количество запоротых микросхем были единицы, а так — точно бы сходил для опытов:)
                              0
                              Я думаю что без окошка были OTP с пережигаемыми перемычками. Так что вряд-ли бы вы их стерли рентгеном или еще чем нибудь :)
                                0
                                С перемычками были, но мы ими не занимались, у них вроде как немного другие характеристики «прожига». А в случае «РФ» и «РТ» было все одинаково, вплоть до напряжения программирования..~21V
                                  0
                                  Возможно Вы правы, Но тогда рентгена нужно очень много(синхротрон? Атомная бомба?) и неизвестно то-ли она сотрется то ли испортится.
                        0
                        возможно и ошибаюсь, откуда именно цифры — не скажу (не помню), но флэш вроде бы может начать сбоить набрав единицы Грэй, то есть около сотни Рентген, характерные дозы на снимок, типа флюорографии — милиРентген. Микросхемы/печатные платы не столь прозрачны как легкие, так что там и энергии повыше да и дозы побольше могут быть.
                        но всё равно разница получается примерно 3-5 порядков.
                      0
                      В теории это всё красиво)
                      Размер пикселя Вашего детектора озвучьте, пжл!
                      И вообще, Подробностей мало;)
                        0
                        50 мкм, подробности это уже будет рекламная статья, Хабр не одобряе
                        0
                        А почему нет сенсоров прямого действия? Так, чтобы заряд в матрице накапливался под воздействием рентгена? УФ так ловят, ИК так ловят, видимый свет так ловят. А что останавливает с рентгеном?

                        Если сцинтилятор может поглотить фотон и посветить, то почему специальный сенсор не может получить заряд от удара высокоэнергетического фотона?
                          +1
                          У нас просто нет материалов, которые являлись бы одновременно и полупроводниками, и достаточно «тяжёлыми» для взаимодействия с фотонами рентгеновского спектра. Обычный кремний для рентгена практически прозрачен, это хорошо видно, если посмотреть на рентгеноскопию микросхем.

                          Есть детекторы прямого преобразования на основе селена, но и они ограничены по энергии регистрируемых фотонов где-то до 150кэВ, и работоспособны в очень узком диапазоне температур — от 5 до 30 градусов Цельсия. Ещё есть детекторы на основе теллурида кадмия, они немного получше селеновых, но всё равно имеют ограничения.

                          При том, эффективность современных детекторов прямого преобразования — до 15%, а непрямой детектор со сцинтиллятором даёт эффективность порядка 30%.
                            –2
                            Странно, я открыл статью en.wikipedia.org/wiki/List_of_semiconductor_materials и вижу очень тяжёлые элементы:

                            Uranium dioxide
                            Lead(II) iodide
                            Iron disulfide

                            И ни один из тяжёлых не показывает фотоэффекта?
                              +1
                              Фотоэффект они показывают, для перекрытия всего актуального диапазона энергий тормозного излучения, используемого в распространённой современной технике, достаточно и фотоэффекта свинца, но свинец не является полупроводником — мы из него не можем сделать датчик на основе внутреннего фотоэффекта.

                              Не из всех материалов, являющихся полупроводниками с химико-физической точки зрения, мы можем сделать полупроводниковый прибор с приемлемыми параметрами.
                                –1
                                Я очень за пределами своих знаний тут, но гугль говорит:

                                www.sciencedirect.com/science/article/pii/0168900289913752

                                Semiconductor radiation detectors have been fabricated from melt grown crystals of lead iodide (PbI2) and the performance of these detectors as room temperature X-ray spectrometers has been measured. These detectors exhibit good energy resolution (915 eV FWHM for the 5.9 keV peak of 55Fe at 20°C). Preliminary results indicate they are more stable than HgI2 detectors and capable of operating at temperatures over 100°C.
                            0
                            Детекторов на a-Se и CdTe прорва, но как верно заметили ниже — есть нюансы. Среди неупомянутого ниже, например, необходимость наличия достаточно сильного электрического поля для нормальной работы слоя фотопроводника, по крайней мере в случае с a-Se, что усложняет конструкцию таких детекторов.
                            +1
                            «в крупных городах везде стоит цифра.» — ах если бы. СПб, крупная больница, и только три пленки из девяти — цифра. Да еще и не захотели писать на носители :-(
                              0
                              Да, даже в СПб и Москве еще куча мест где пленка осталась. А уже если «выехать за КАД»…
                              +1
                              А сделайте рентген загранпаспорта с биометрией!) где там она спрятана?)
                                0
                                Место чипа отмечено словами «учетная запись»
                                0
                                Сколько времени уйдет на просветку стыка магистральной трубы диаметром под 1,5 метра? ;)
                                  0
                                  Наши партнеры делали автоматический сканер с нашим детектором, который по кругу трубу 1.4м объезжает с толщиной стенки 20мм стали. Суммарно у них выходило около 60-90 минут, но не могу поручиться полностью за эти данные
                                    0
                                    Полагаю, что мерный пояс с пленкой будут более устойчивы к полевым работам + одна экспозиция панорамником против кучи покадровых снимков на панель.
                                    Так что у пленки еще долго не будет конкурентной альтернативы в дефектоскопии трубопроводов и прочего габаритного технологического оборудования. Еще несомненный плюс — гибкость.
                                    Если к этому добавить стоимость одной панели и ограничения по рабочим температурам, то становится совсем всё грустно.
                                      0

                                      Если мы говорим о конкретно трубопроводе, то да, пока время нас ограничивает.
                                      Температура эксплуатации -20 до +40, так что это не ограничение

                                  0
                                  Покажите местоположение чипов в картах с бесконтактной оплатой. По совету западных специалистов молоток не отключает NFC; хочу попробовать использовать керн.
                                    0
                                    Банковской карты что-ли? Там чип только один (место — прямо под контактной площадкой, вроде почти по центру ее) и если его убить, то карта перестанет работать вообще — и бесконтактно и контактно.

                                    Разве что магнитной полосой останется прокатывать. Но и в магнитной полосе где-то записан признак, что карта чипованная и большинство терминалов откажется проводить операцию по магнитной полосе видя, что карта с чипом и будет требовать связи с чипом.

                                    Хотя керном можно попробовать перебить контакт от чипа к антенне «намотанной» внутри карты.
                                      0
                                      Для этого не нужен рентген, возьмите фанарик помощнее, и просветите.
                                        0
                                        Пробовал мощные фонари — не просвечивают.
                                          0
                                          Зависит от карты — простые пластиковые просвечивает очень хорошо. Только нужно смотреть в темном месте, подождав хотя бы пару минут (пока чувствительность глаз во много раз увеличится адаптируясь к темноте).

                                          Но попадаются карты с метализацией (фольгой между слоями пластика) — такие обычными фонариками практически не просвечиваются.
                                          Например из того что есть под рукой — карты Сбербанка, ВТБ, обычная карта Русского Стандарта, Авангард — легко просвечиваются светодиодным фонариком. А вот карты Тинькофф и «золотая» от Русского Стандарта — практически не просвечиваются, только чуть в местах эбоссирования (вдавленных букв с номером карты и фамилией владельца) где внутренний слой механически поврежден.
                                            0
                                            Используйте источник 650нм, более или менее узкий.
                                              0
                                              Потерял интерес к эксперименту. Mad__Max написал, что там единый чип (резать карты я не буду — пластик низкосортный даст трещину). В полной темноте ИИС 450нм голдовые карты просвечивает только на ~20%. В местах МЛ и голограммы практически ничего не рассмотреть.
                                                0

                                                Надо не чип долбать, а антенну решать. Тонкий срез на 5мм от верхнего края или срезать один из верхних уголков.

                                                  0

                                                  Или дыроколом аккуратную дырочку сделать.

                                                    0
                                                    Сделал шаблон. Отверстие от дырокола (из тех моделей, что я нашёл) имеет диаметр 5,2-5,6 мм (довольно большое); максимальное расстояние прокола от края 11-14 мм (не достанет до антенны, где получилось просветить фонарём).
                                                    Любой срез создаст локальное напряжение и со временем даст бóльшую трещину.
                                          0
                                          я правильно понимаю, что применение таких сенсоров — это, если можно так выразиться, житейские приложения? Для научного использования не подходят? А то рассказывали мне истории, когда на покупку нормального цифрового рентгеновского регистратора иностранного производства не хватает выделяемого годового бюджета, а переносить с года на год нельзя. Ну а российских нет. Но там надо регистрировать жесткий рентген, а может даже и гамму.
                                            0

                                            Любые приложения доступны, от медицины до жёсткого (450 кВ) пром рентгена. Это достигается различными комбинациями ВОП и сцинтилляторов.
                                            По деньгам наш на 10-15% дешевле иностранных такого же класса, но все равно не каждая организация может себе позволить

                                            0
                                            Снимок шиншиллы (тушканчика?) «недобитый». )))
                                              0
                                              На мой взгляд ангиографиста — безбожно перебитый) И что?
                                                0
                                                Цифровым процессингом можно создать картинку как перебитого, так и недобитого снимка, это всего лишь параметры отображения, так что оба неправы;)
                                                  0
                                                  Да, процессингом снимок легко испортить) Но зачем же такой демонстрировать?!
                                                    0
                                                    Можно, до определенных пределов. Например, если нужен снимок скелета и изначально его недобили по экспозиции, при попытках постобработкой дотянуть до нужного вида, появляется отвратительная зернистость. )
                                                0
                                                А можно ли довести чувствительность этого оборудования до такого уровня, чтобы снимать пейзажи в естественной радиации? Пусть с многочасовой экспозицией, пусть с разрешением хотя бы 50 на 50 точек?

                                                Это у меня, собственно, давняя мечта. Я даже пару лет назад пытался такую камеру из обычной зеркалки соорудить. Снял все фильтры, на вход алюминиевую обскуру поставил (бериллия дома не держу). Толстой медью обернул от сторонней засветки. Но получил лишь то, что насчитал: чувствительности не хватает 1-2 порядков. У вас, однако, сцинтиллятор + размер «пиксела» вроде можно увеличивать в процессе считывания. Может, вытянет?
                                                  +1
                                                  естественный фон пусть 10мкР/час.
                                                  1 рентген — ионизация 2e9 элекронов в воздухе в 1см3.
                                                  то есть при естественном фоне в кубическом сантиметре будет 20 000 электронов в час или 5 электронов в секунду.
                                                  фемтоамперные токи пожалуй вполне можно измерять, пара фА это 10000 электронов в секунду, то есть для одного пикселя нужна ионизационная камера в 2000см3, ну или размер пикселя около 10х10х10см.
                                                  то есть можно взять две пластины 0.5м х 0.5м с расстоянием ~10см, на одной натянуть вертикальные провода, на другой горизонтальные, на вертикальные провода по очереди подавать напряжение ~30В, для 10см вроде больше не надо. а горизонтальные провода подключить к какому-нибудь DDC264 — получится очень небыстрый сенсор для естественного фона с разрешением 64х64.
                                                  останется лишь объектив для него соорудить :)
                                                    0
                                                    Очень красивая идея :))

                                                    Но я хочу отметить, что в ней в качестве преобразователя радиационных фотонов в сигнал используется воздух. А фотоны с энергией >~20 КэВ проносятся почти без поглощения даже через метровый куб воздуха. То есть, хотя они и создают правильно подсчитанные Вами уровни ионизации, но бОльшая часть их энергии остаётся неиспользованной. Между тем как пик естественного фона приходится где-то на 80-100 КэВ (http://www.phys.ufl.edu/~coldwell/Fittery/robfit/reno/INMN/inmm5.html).

                                                    Отсюда первая мысль: а если заменить воздух на хорошо поглощающую твёрдую среду, с КПД преобразования в свет на уровне 30%? По идее, это должно дать прирост в чувствительности хотя бы на порядок. Если не на три.

                                                    Дальше, пусть экспозиция не час, а десять. Я согласен на один пейзаж в сутки. Это ещё порядок.

                                                    Ну и допустим, что среди пейзажа торчит объект с уровнем излучения раза в три выше фонового (гранитный камень, например). Это ещё полпорядка.

                                                    Если сложить всё вместе, то получается, вроде, не так уж и пессимистично.
                                                      +1
                                                      да возьмите любой дозметр, засуньте в свинцовую трубку, чтобы диаграмму направленности поуже сделать, и две сервы для вертикальной/горизонтальной развертки.

                                                      hackaday.io/project/20394-diy-thermal-camera
                                                        0
                                                        О! И как я сам не догадался?
                                                    0
                                                    Если только пейзаж уранового рудника :). А чувствительность у современных детекторов и так хорошая, видит от 30 до 90 процентов фотонов
                                                    Мне кажется, что космическое излучение забьет Вам всю информацию полученную из небольшого отверстия обскуры.
                                                    Впрочем для очень низкоэнергетического рентгена есть даже зеркала. Под очень острым углом металл может отражать фотоны. Даже телескоп такой есть.
                                                    +1

                                                    Скажите, а как устроены установки питания на 450кВ? Я в курсе, что время работы в секундах, но в е равно интересно. Как выполняются устройства на такие высокие е напряжения? Каскадирование? Изоляция маслом? Разнесение в пространстве? Крайне интересно, может фото есть.


                                                    ЗЫ: ваша организация часом не в Харькове базируется?

                                                      +1
                                                      Привет, мы из Подмосковья.
                                                      По источникам не знаток. Обычно пром генераторы на 300-450 кВ идут спаренными, т.е. это два блока по 160\220 кВ. Можно ознакомиться с описанием например тут.
                                                      Все высоковольтные трансформаторы (танки) залиты маслом, коннекторы трубка-генератор также заливают силиконовым маслом.
                                                        +4
                                                        Могу просветить (в обоих смыслах, ха-ха) по рентгеновским генераторам, применяемым в досмотровой технике. Правда, в отличие от дефектоскопов и медицинского оборудования, цикл непрерывной работы у этих генераторов может составлять десятки часов, а наработка на отказ — тысячи. Напряжения и токи могут составлять от 50-70кВ и десятков микроампер до 300-400кВ и единиц миллиампер.

                                                        Обычно, генератор это залитый маслом моноблок, включающий в себя рентгеновскую трубку и источник высокого и накального напряжения.
                                                        Источник анодного напряжения — импульсный трансформатор и классический умножитель напряжения по схеме Грейнахера, для получения высоких (более 100кВ) напряжений такие источники могут соединяться последовательно. Накал лампы — обычный импульсный трансформатор. Ну и цепочки обратной связи — делители напряжений на прецизионных резисторах, сигналы с которых возвращаются в блок управления. Часто, анодное напряжение контроллируется непосредственно, а накальное — косвенно, по току в первичной обмотке накального трансформатора.
                                                        Корпус генератора — обычно из цветного металла, герметичный, снабжённый сильфоном для компенсации теплового расширения масла. Изнутри или снаружи генератор обшит свинцовым листом или пакетом тонких листов толщиной порядка 5мм, выполняющих функцию противорадиационной защиты. Для выхода излучения имеется окно, к которому пристыковывается первичный коллиматор для получения луча или лучей нужной конфигурации. Само окно, как правило, изготовлено из алюминия определённой толщины, или специального пластика, и служит не только для герметизации корпуса, но и для фильтрации излучения, с целью обеспечения определённого его спектра.
                                                        Трансформаторы оснащёны высоковольтной изоляцией, т.к. вторичные обмотки находятся под высоким напряжением относительно первичных, соединённых с электроникой блоков управления.
                                                        Конструкция и концепция изоляции узлов генератора внутри моноблока тоже со временем претерпевает изменения — если 10-15 лет назад это были всевозможные диэлектрические пластины, перегородки, кожухи, отделяющие детали друг от друга, то теперь изоляция обеспечивается максимально возможным разносом узлов, и применением высокосортных трансформаторных масел, проходящих специальную предварительную подготовку.

                                                        На фото — внутренности очень старого 70кВ генератора.

                                                        Рентгеновская лампа.
                                                        image

                                                        Умножитель напряжения.
                                                        image

                                                        Импульсный трансформатор.
                                                        image

                                                        Размер генератора, фото внутренностей которого приведены — примерно как у крупного автомобильного стартера, при массе около 30кг.

                                                        А на фото ниже — более мощное изделие с блоком управления. Хорошо виден защищённый кожухом сильфон и окно для выхода излучения. Масса такого генератора может достигать 75-85 килограмм.
                                                        image

                                                        Рад, если эта информация оказалась полезна.
                                                        +1
                                                        Ух!
                                                        Спасибо за развернутый ответ!!!
                                                        Когда-то в одной конторе, вплотную подобрался к этой тематике, но, судьба отбросила в сторону.
                                                        Успел насмотреться на сами HV блоки, начинку.
                                                        Вото зажигательные!!!
                                                        Можно несколько вопросов?
                                                        1. Гирлянда диодов. В вашем случае применены готовые столбы, в моем случае за неимением столбов собирали свой столб из 40-ка диодов BYM-… не помню номера, которые совсем не лавинные.
                                                        Собственно вопрос: как с распределением обратных напряжений в составе столбика? Как вообще достигается, что 1кВ, при 10 диодах, дает по 100В на каждом? Лавинные диоды?
                                                        Как тогда работала сборка из 40 диодов Нелавинного типа?
                                                        Сам разработчик почесал репу, когда я его об этом спросил, и не нашел ответа.
                                                        2. Керамические резисторы, с голубым покрытием… это резисторы делителя, да?
                                                        Почему такая итересная форма? Для применения в маслозаполненном виде? Для лушего снятия теплоты от рассеиваемой мощности?
                                                        Ух… эх… все такое вкусное и интересное!)
                                                        Спасибо вам еще раз за развернутый ответ!
                                                          +2
                                                          1. Первичное для 100кВ не 1кВ, а порядка 12кВ — уже на выходе трансформатора. Т.е. 8 ступеней умножения (на фото 70кВ генератор, соответственно, ступеней всего 6).
                                                          На диодные столбы надо смотреть описание, но насколько я помню — они не лавинные, а обычные, причём достаточно слаботочные — до нескольких десятков миллиампер, и быстродействующие — с временем восстановления в десятки наносекунд, т.к. частота переменного тока на входе умножителя — несколько десятков килогерц. Напряжение на каждом диоде невысоко — порядка единиц киловольт.

                                                          2. Да, это делитель. Форма — ну, видимо, так решил производитель, и позволила технология. Если я не ошибаюсь — это напыление на керамике. Нет, мощности там особой не выделяется, т.к. токи микроскопические — делитель на 10000 по сути. В верхнем плече делителя — 1ГОм, в нижнем — 100кОм, соответственно, мощность рассеивается менее 10Вт, а в масле теплоотвод довольно эффективен. Сейчас производитель генераторов с фото использует цилиндрические резисторы, а другой производитель — продолжает использовать прямоугольные. Т.е. форма не имеет особого значения с точки зрения функционирования, в основном — только с точки зрения компоновки.

                                                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                          Самое читаемое