Аттестационная работа (ИАР/ВАР) на тему Рентгеновский аппарат на основе наноструктурированного полевого катода

Содержание:

Содержание Введение. 3
1 Обзор рентгеновских аппаратов. 5
1.1 Классификация аппаратов. 5
1.2 Рентген на полевой эмиссии –
разновидности полевых катодов и их исследование. 9
1.3 Характеристика рентгеновских
аппаратов. 13
2 Моноблочный переносной рентгенаппарат
«Пират». 14
2.1 Принцип работы.. 14
2.2 Электрическое питание. 19
2.3 Блок управления аппаратом. 21
3 Проектирование рентгеновского аппарата. 31
3.1 Разработка структурной схемы рентген аппарата. 31
3.2 Разработка системы управления
рентген аппаратом. 34
3.3 Выбор элементов аппарата и
конструкция. 45
3.4 Технико-экономическая оценка
конструкции. 55
Затраты на комплектующие. 62
Заключение. 63
Список использованных источников. 65

Введение:

Исследования, проводимые
с помощью аппаратов рентгеновского излучения и компьютерной томографии, сегодня
являются одними из главных в медицинской диагностике. Доступность способа
исследования и его простота являются главными достоинствами рентгенологического
аппарата.

Метод исследований
рентгеновскими аппаратами заключается в регистрации излучения, проходящего
через исследуемый объект (в медицине – ткани человека, в технике – исследование
дефектов металлов, сварных соединений). В зависимости от регистрации измерений
различают рентгенографию (изображение фиксируется на пленке) и рентгеноскопию
(изображение регистрируется в цифровом виде на мониторе).

Рентгеновский метод
исследования характеризуется временем и величиной излучения, от которых зависит
доза облучения тканей живого организма. Поскольку излучение накапливается в
тканях и приводит к некоторым процессам в них, поэтому основной задачей при
совершенствовании рентгеновских аппаратов, в которых катоды рентгеновских
трубок изготовливаются из тугоплавких металлов (Mo, W, и т.п.), является
сокращение времени и количества облучения при сканировании человека.

Эту задачу можно решить,
применяя в качестве излучателя – наносекундные импульсные источники, основанные
на физическом явлении взрывной эмиссии, в которых в качестве материала для
катода будут являться различные нанокластеры углерода, например, нанотрубки,
фуллерены, графены, и др. Кроме того, такие источники излучения имеют большой
срок эксплуатации (около 1,2 млн. включений).

Эти эмиттеры оказались во
многих отношениях более универсальными, чем металлы. Рентгеновские трубки с
катодами на основе наноструктурированного углерода обладают высоким ресурсом,
позволяют более прецизионно формировать рентгеновский источник, а также
создавать рентгеновские источники с гораздо более широким диапазоном длин волн
рентгеновского излучения, чем это возможно на металлах.

Открытие наносекундного
обрыва сверхплотных токов в полупроводниках, превосходящий по стабильности
выходных параметров, частоте следования импульсов, как плазменные прерыватели
тока, так и прерыватель тока на основе электрически взрываемых проводников и
обладающий практически неограниченным ресурсом работы, а также создать
высоковольтные импульсные генераторы с полностью твердотельной системой
коммутации они применяются в качестве генераторов рентгеновского излучения.

В работе рассмотрено
проектирование рентгеновского аппарата на основе наноструктурированного катода,
созданного на основе различных нанокластеров углерода, разработана схема блока
питания, а также пульт управления аппаратом.

Заключение:

Рентгеновские аппараты отличаются друг от друга
наличием опций, которые не присутствуют в остальных аппаратах. Этот факт значительно
сужает и осложняет область использования того или иного аппарата относительно
другого, во всех сферах применения. Именно по этой причине существует
необходимость их улучшений или модификаций. По данным анализа аппарат нуждается
в модернизации больше, чем остальные приведенные аппараты.

Выбраны следующие компоненты принципиальной
электрической схемы блока питания рентгеновского аппарата, на более новые и
качественные. Данная модернизация позволяет аппарату значительно продлить сроки
работы, а также открывает пути к дальнейшим модернизациям. В схеме блока
питания, проведена замена отечественных элементов на более современные аналоги.

Разработан дистанционный пульт управления на базе
микропроцессора Atmega328P-AU. Разработана структурная и принципиальная
электрические схемы дистанционного пульта управления. Структурная схема состоит
из основных блоков: клавиатура, микропроцессор, внешние элементы генератора
тактовых импульсов, источник питания, устройство сброса, излучатель импульсов.
В качестве материала печатной платы возможно выбрать Стеклотекстолит СФ
1-10-1.5, группа жесткости 3, класс плотности 3. Выбранные элементы являются
долговечными, износостойкими и относительно дешевыми. На основе разработанной
электрической принципиальной схемы аппарата сконструирована печатная плата и
сборочный чертеж печатной платы дистанционного пульта управления рентгеновского
аппарата.

Фрагмент текста работы:

1 Обзор рентгеновских аппаратов

1.1 Классификация аппаратов

Рентгеновский аппарат для
диагностики предназначен для исследования объекта с использованием
рентгеновского излучения. В состав такого аппарата входят такие элементы (блоки
и устройства) как: генератор излучения (излучатель с блоком питания) и устройство
для приема излучения, а также штативы.

Источником рентгеновского
излучения обычно является излучатель, состоящий из рентгеновской трубки и маслозаполненного
защитного кожуха. Существуют еще так называемые моноблоки, которые применяют в
переносных и передвижных аппаратах, и включают в 1 корпус в излучатель с
высоковольтным трансформатором, выпрямители и трансформатор накала.

Особое значение из
элементов рентгенаппаратов, помимо источника, имеет блок питания электрической
энергией рентгеновского излучателя, а также блок регулирования параметров
аппарата, блок защиты и блок управления. Блок регулирования параметров аппарата
является главной цепью, обеспечивающий подачу отрегулированного напряжения на
рентгентрубку и представляющего собой часть схемы блока питания.

В качестве приемника
излучения выступает устройство преобразования излучения, которое прошло сквозь исследуемый
объект, в электрический сигнал с преобразованием его в видимое изображение. Преобразователем
может быть люминесцентный экран, усилитель изображения или кассета с
усиливающими экранами и пленкой, цифровой детектор.

Еще одним немаловажным
элементом рентгеновского аппарата является устройство крепления источника и
приемника излучения с обозначением места расположения исследуемого объекта.
Данным устройством являются штативы, которые позволяют взаимно ориентировать и
перемещать в зависимости от диагностической задачи пациента и излучателя с
приемником излучения. Штативно-маханические конструкции различаются в
зависимости от назначения аппарата и области применения.

Такие устройства
рентгенаппаратов как тубусы, отсеивающие растры и диафрагмы, предназначенные
для формирования излучения