Применение рентгеновских трубок

На рубеже 30-40-х годов родилась новая область применения рентгеновского излучения – рентгенография быстропротекающих процессов с помощью мощных вспышек рентгеновского излучения. В 50-х годах в аппаратуре микросекундного диапазона, предназначенной для исследования явлений взрыва, детонации, внешней и внутренней баллистики, динамического уплотнения материалов и других процессов, начали применять трубки с автоэмиссионными катодами.

Создание приборов с фокусным пятном диаметром 0.5 – 1 мкм привело к широкому применению в промышленности и научных исследованиях метода проекционной рентгеновской микроскопии, с помощью которого изучают фазовый и элементный состав сплавов, процессы коррозии и диффузии металлов; осуществляют неразрушающий контроль качества изделий микроэлектроники и полупроводниковой техники и т.д. Эффективным средством неразрушающего контроля изделий электронной промышленности стали рентгенотелевизионные микроскопы, разработанные в 60-х годах.

В последние годы новые успехи достигнуты в технике генерирования импульсного рентгеновского излучения. Созданы рентгеновские трубки со взрывоэмиссионными катодами для сильноточной аппаратуры наносекундного диапазона. Основные области ее применения – физика быстропротекающих процессов, радиационная химия, физика плазмы, дефектоскопия в нестационарных условиях. Важное значение для развития этого класса рентгеновских приборов имели работы по исследованию взрывной электронной эмиссии и инициирующих ее автоэмиссионных процессов, выполненные в СССР.

Характерный для наших дней бурный прогресс таких областей, как электроника, молекулярная биология, кристаллография, стимулировал дальнейшее развитие дифракционных методов, основанных на использовании высокоинтенсивных рентгеновских пучков. Для их получения разработаны мощные генераторы излучения на базе трубок с вращающимся анодом, охлаждаемым проточной жидкостью. Мощные генераторы излучения позволили создать радиоэлектронные системы визуализации дифракционных изображений кристаллов. Появилась возможность быстро выявить пространственную картину распределения дефектов в кристаллических пластинах. Этот неразрушающий метод контроля имеет первостепенное значение для микроэлектроники, лазерной техники, оптоэлектроники и других областей техники, где широко используют кристаллы.

Рис. 2.1. Трубка для рентгеноспектрального анализа

С помощью мощных генераторов осуществлены уникальные эксперименты по исследованию структуры биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, вирусов и т.п.)

Рис. 2.2. Трубка для диагностики с вращающимся анодом

Важное экономическое и социальное значение имеет широкое внедрение в горно-обогатительную промышленность рентгенолюминесцентного метода сепарации минералов, в частности алмазов. Применение рентгенолюминесцентных сепараторов не только обеспечивает более высокий, чем классические (флотационный, жировой, гравитационный) методы, процент извлечения алмазов из породы, но и способствует резкому улучшению условий труда персонала обогатительных фабрик, повышению культуры производства. Для работы в сепараторах требуются специальные мощные мягколучевые рентгеновские трубки.

Одним из крупнейших достижений современной электроники явилось создание рентгеновских вычислительных томографов – диагностических комплексов, обеспечивающих быстрое получение на экране дисплея высококачественных послойных изображений исследуемого объекта, в частности тела человека. Развитие вычислительной томографии стимулировало разработку новых диагностических трубок с вращающимся анодом с повышенной номинальной мощностью.

Рис. 2.3. Терапевтическая трубка с вынесенным полым анодом

В последние годы родилось и успешно развивается перспективное направление в электронике, связанное с применением рентгеновского излучения для технологических целей, - рентгенолитография. Рентгенолитографический процесс обеспечивает получение микроструктур с субмикронными размерами, что имеет исключительно важное значение для дальнейшего развития микроэлектроники. Для экспонирования в рентгенолитографии необходимо использовать мощные источники длинноволнового излучения. Практическое применение получили источники синхротронного излучения, а так же рентгеновские трубки специальной конструкции. Особое внимание в настоящее время уделяется созданию более дешевых и доступных рентгенолитографических установок на базе традиционных источников излучения – рентгеновских трубок.

Таким образом, развитие рентгеновских трубок идет как по пути непрерывного совершенствования их конструкции и улучшения параметров, так и по пути создания новых конструкций, позволяющих решать разнообразные технические задачи на принципиально новой основе.