Список разделов Flyback.org.ru » ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ » Техника безопасности при работе с рентгеновскими трубками
Тему сейчас просматривают - зарегистрированных: 0, скрытых: 0 и гостей: 0
Зарегестрированные - Нет
тема: Техника безопасности при работе с рентгеновскими трубками
Ответить с цитатой

AlexDark
CyberGoth


Копия статьи с RusHV.

Техника безопасности при работе с рентгеновскими установками.

Если у вас уже есть ренгентрубка, читать обязательно. Если нет… Подумайте – оно вам надо? Если вам хочется лишь удовлетворить праздное любопытство или доказать самому себе или кому-то, что рентгеновское излучение можно получить дома – лучше не рискуйте. В крайнем случае, возьмите старый кенотрон, подключите его к умножителю, послушайте треск счетчика Гейгера, а потом разберите все это от греха подальше, и больше никогда – никогда не возвращайтесь к подобному.
Хотя и в этом случае соблюдать ТБ просто необходимо – это все-таки не лампочка, и даже не лазер малой мощности, а более серьезная вещь. Если же вы всерьез решили, что без рентгентрубок вам никак не обойтись, они снятся вам по ночам, и у вас начинает развиваться тихое помешательство на этой почве, тогда читайте дальше. Читайте обязательно, иначе ваша первая попытка включить установку будет и последней, если не для вас, то для ваших детей, которых у вас пока еще нет-точно. Но чтоб иметь хоть какое-то представление о защите от чего бы то ни было, надо иметь представление о том, от чего защищаться. Поэтому придется написать немного теории.

Что такое рентгеновское излучение? Это Электромагнитные волны длиной от 1нм до 1е-5 нм, открытые в 1895г немецким физиком Рентгеном. Для возбуждения излучения надо получить свободные электроны, сообщить им достаточно высокую энергию, а затем затормозить с помощью какой-либо мишени, поставленной у них на пути. Все эти процессы и происходят в той самой стеклянно-металлической штуке, которая и называется рентгентрубкой. В подавляющем большинстве трубок энергия электронов не превышает пары сот кэВ, хотя в импульсных может достигать нескольких МэВ. В первом приближении энергия электронов в трубке равна ее напряжению питания.
Надо заметить, что существуют и другие способы получения рентгеновского излучения – ускорители например, но по вполне очевидным причинам вероятность «встречи» с подобным девайсом будет ниже, чем с обычной трубкой.

Но, раз уж речь идет о защите от излучения, посмотрим, как оно взаимодействует с веществом. Излучение ослабевает по мере удаления от источника по экспоненциальному закону за счет поглощения и рассеяния веществом. Так как энергия фотонов рентгеновского излучения достигает 2 МэВ, основные процессы, в результате которых излучение поглощается, следующие – фотоэлектрический эффект, Комптон-эффект и образование электрон-позитронных пар.
Не будем вдаваться в тонкости этих процессов, и скажем лишь по паре слов. В результате фотоэлектрического эффекта из электронной оболочки атома вырывается электрон, в результате чего атом ионизируется. При возвращении атома в нормальное состояние он испускает фотон флуоресцентного излучения. Длина волны этого излучения зависит от типа атома (и еще от некоторых причин), и этот эффект используется в анализе веществ. Комптон-эффект двумя словами можно описать как изменение направления движения фотона в результате соударения с электроном, которому он отдает часть своей энергии. Рождение электрон-позитронных пар происходит при энергии фотонов больше 1МэВ, в поле ядра может произойти преобразование фотона в пару электрон-позитрон. Ну, и упомянем еще рассеяние, как когерентное, так и нет. Этот эффект используют для анализа кристаллической решетки вещества. Впрочем, для нашего применения важнее слово «рассеяние».

Итак, видно, что рентгеновское излучение является ионизирующим излучением, т.е., проще говоря, радиацией, и, в принципе, к нему применимы те же меры безопасности, что и для защиты от еще более коротковолнового гамма-излучения.
Следует так же различать мягкое и жесткое излучения, опасность которого несколько отличается. Мягкое излучение обладает гораздо меньшей проникающей способностью, поэтому для защиты от него достаточно тонких экранов, но без экранирования оно крайне опасно тем, что практически полностью поглощается телом человека со всеми вытекающими отсюда последствиями. Жесткое излучение экранируется хуже за счет своей большей проникающей способности, однако без экранировки оно менее (хотя это и относительно, еще раз повторю относительно) опасно, нежели мягкое.
Для ориентировки стоит знать, что чем выше напряжение на трубке, тем более жесткое излучение она обеспечивает, и тем более толстые защитные экраны необходимы.

Теперь разберемся немного с конструкциями трубок, чтобы знать, где и как эти экраны ставить. Все трубки можно разделить на несколько типов в зависимости от требуемой конфигурации защитных средств (это деление может быть никак не связано с общепринятым делением).
Трубки, излучающие равномерно во все стороны. В основном это касается суррогатных трубок из кенотронов, а так же некоторых терапевтических трубок, и трубок спецприменения. Защита в подобных случаях должна задерживать ВСЕ неиспользуемое излучение. Направление рабочего излучения в таких трубках обеспечивается только защитными экранами.
Трубки с направленным излучением. Это большинство трубок как медицинского, так и технического назначения. Однако они имеют и побочное излучение в разные стороны, много менее сильное, но, тем не менее, имеющееся. Поэтому защитные экраны нужны и здесь. Ими же можно уменьшать угол расхождения пучка рабочего излучения.
Трубки с несколькими направленными пучками. В основном это серия БСВ, предназначенная для структурного анализа. Имеют 2 или 4 выводных окна, направление излучения перпендикулярно оси трубки. Большая часть неиспользуемого излучения поглощается массивным анодом, но особо следует обратить внимание на защиту от неиспользуемых пучков.
Трубки импульсные. Как ясно из названия, работают в импульсном режиме с длительностью импульса от нескольких до нескольких сот нс. Имеют огромную пиковую мощность – десятки и сотни киловатт, а так же характеризуются очень высокими рабочими напряжениями – до нескольких мегавольт, и, как следствие – очень жестким излучением. Угол выхода пучка – от нескольких десятков до 180 градусов. Назад, не в направлении окна, эти трубки не излучают благодаря своей конструкции, что и является основным защитным фактором.
Микрофокусные трубки. Названы так потому, что электроны в трубке фокусируются в точку микронных размеров, что позволяет снизить ток трубки и ее мощность без сильного снижения уровня излучения. Именно их я бы рекомендовал для использования. Характеризуются малой мощностью, малыми рабочими напряжениями, а так же четко направленным излучением, в виде пучка с углом раскрыва несколько десятков градусов. Благодаря этому, а также часто массивному аноду, практически не имеют побочных излучений.

А теперь немножечко страшилок, а точнее, информации, с чем же именно предстоит нам иметь дело.
Как известно, смертельной дозой облучения для человека является 600 рентген. В основном, конечно, это касается общего облучения, поэтому некоторые «умники» считают, что «засветив» пальцы и т.п., они избегают подобной участи. Да, возможно, это и не приведет к смерти, но вот к некрозу тканей, в том числе и костной, раку, незаживающим ранам – очень даже приведет. Ионизирующие излучения – это не та вещь, с которой можно шутить. Здесь следует развенчать миф о том, что чем более мощная трубка, тем более интенсивный поток излучения она дает. Это совсем не так, скажем, микрофокусная БС10, мощностью всего 5 Вт обеспечивает дозу в 7р/мин на расстоянии 20см от выходного окна, в то же время стандартная трубка от зубоврачебного аппарата мощностью уже в 200 Вт 0.2БДМ7-50 обеспечивает на таком же расстоянии не намного больше – 10р/мин. А 2-5БДМ3-110 мощностью 5кВт обеспечивает те же самые 7р/мин, что и трубка в тысячу раз меньшей мощности. Конечно, все они различаются по ширине пучка и другим параметрам, но вот радиационные характеристики у них примерно одинаковые. Однако встречаются вещи и гораздо более серьезные. Многие терапевтические трубки обеспечивают дозу порядка 100 р/мин (при этом некоторые из них «светят» во все стороны), то же самое касается и технических трубок, среди которых можно натолкнуться и на подобные 1БПВ1-60, дающие дозу в 20 000р/мин. Попав в подобный «лучик», очень сомнительно, что самодеятельный физик - шизик успеет выключить установку. Весьма опасны и импульсные трубки. Средняя доза, которую они обеспечивают 0.2 р/имп, однако при частоте следования импульсов 25гц, как во многих аппаратах типа МИРА, РИТА и т.п., это означает дозу 5р/сек или половину смертельной за минуту. Среди импульсных трубок могут встретиться и модификации с выводом пучка электронов в атмосферу (т.е. ускорительные). Попадание подобного пучка так же крайне опасно, даже однократное попадание способно вызвать незаживающие раны или другие столь же неприятные последствия.

Однако, как мы видим, рентгеновские установки успешно используются как в лабораториях, так и в других местах. Поэтому с ними вполне можно безопасно работать, если придерживаться некоторых правил, в принципе, не столь уж сложных.

1. Если вы не готовы, не хотите, не можете выполнять правила – не беритесь за рентген ради если и не своей безопасности, то хотя бы безопасности окружающих.
2. Прежде чем включать любую трубку, найдите ее теххарактеристики, дабы не получить ненароком лучевую пушку или эффект взрыва нейтронной бомбы в собственной квартире (конечно, в основном это касается мощных трубок).
3. В обязательном порядке установка должна содержать защиту от неиспользуемого излучения. Включение установки без защиты должно быть невозможно. Качество защиты надо проконтролировать при первом включении (о контроле см. ниже).
4. Столь же обязательно необходима защита от излучения рабочего пучка после прохождения им облучаемого объекта. Самый простой вариант – свинцовая пластина.
5. Не суйте в пучок руки, ноги, и другие части тела, даже если вам и захочется повторить опыт Рентгена по съемке собственной руки.
6. Желательно иметь датчик излучения как на установке, так и при себе на случай различных ЧП
7. Сделайте дистанционное управление установкой, подобно управлению стоматологических рентгенаппаратов. Так как уровень излучения падает по мере удаления от установки, это будет дополнительной мерой защиты.
8. Направляйте излучение от себя.
9.
Если вы экспериментируете дома, следите за тем, чтобы не облучить кого-то за стенами.
10. Сделайте невозможным включение установки другими людьми.
11. Старайтесь использовать трубки с возможно более низким уровнем излучения, в большинстве случаев низкий уровень можно компенсировать увеличением времени «засветки» или применением усиливающих экранов.
12. Используйте по возможности трубки с направленным излучением, а лучше всего - микрофокусные.
13. Не стремитесь «качать мощу» - это опасно не только в плане облучения, но и увеличивает опасность от источника питания.
14. Используйте трубки с низкими рабочими напряжениями – это упрощает конструкцию защиты и схемотехнику блока питания.
15. Соблюдайте ТБ при работе с источниками высокого напряжения.
16. Обеспечьте хорошее охлаждение трубки, как того требуют ее характеристики, это избавит от опасности перегрева и связанных с ним проблем в виде разрушения колбы или анода трубки.

А теперь стоит поговорить о том, какие экраны и из какого материала использовать. Как все хорошо знают, наиболее распространенным материалом для подобных экранов является свинец. Однако не все знают, что чем большей плотностью обладает металл, тем лучше он поглощает ионизирующее излучение (речь не идет о нейтронах, там несколько другие процессы). Свинец же является оптимальным по соотношению плотность/доступность.

Для домашнего применения можно назвать два источника свинца автомобильные аккумуляторы, переплавкой клемм которых можно получать свинцовые пластины, и свинцовая оболочка электрокабелей, которая очень удобна для изготовления защитных кожухов. Аккумуляторный свинец жесткий, и из него можно изготовить нужные изделия только отливкой. Кабельный свинец мягкий, к тому же он сразу имеет вид прокатанной ленты толщиной пару миллиметров и шириной в среднем около 10см.
Для изготовления кожуха достаточно по спирали обмотать этой лентой какой-нибудь цилиндрический корпус для трубки, и пропаять стык. Если требуется большая толщина кожуха – намотайте еще одну ленту в противоположную сторону, чтобы она закрыла линию стыка.
Кстати, нужно сказать об определении толщины защиты. В Интернете удалось найти таблицу, в которой приведены коэффициенты ослабления излучения листами свинца определенной толщины, в зависимости от напряжения на рентгеновской трубке.

Толщина свинца 1мм обеспечивает ослабление излучения при напряжении на трубке
60кв
1.29е5 раз 80кв 7.93е2 раз 120кв 6.54е1 раз 150кв 3.50е1 раз 180кв 1.29е1 раз
Толщина свинца 2мм
60кв 1.88е8 раз 80кв 4.72е4 раз 120кв 1.39е3 раз 150кв 1.10е3 раз 180кв 2.21е2 раз
Толщина свинца 3мм
60кв 1.25е11 раз 80кв 1.17е6 раз 120кв 1.77е4 раз 150кв 1.05е4 раз 180кв 1.41е3 раз
Толщина свинца 4мм
60кв 6.50е13 раз 80кв 2.48е7 раз 120кв 1.88е5 раз 150кв 1.37е5 раз 180кв 7.38е3 раз

Как видно, при низких напряжениях на трубке, с которыми наиболее вероятно, вы и будете работать, 2мм лист свинца обеспечивает ослабление порядка нескольких тысяч раз, а при незначительном увеличении толщины защиты-нескольких миллионов раз. Поэтому можно сказать, что защита из 2 слоев кабельного свинца при напряжении на трубке около 60кв обеспечит практически полное поглощение излучения.
Здесь следует упомянуть, что для изготовления защитных экранов к импульсным трубкам толщина свинца резко увеличивается и измеряется единицами-десятками сантиметров, поэтому основным способом защиты в этом случае, как уже говорилось, будет являться ориентация трубки.

Существуют и другие защитные материалы – барийсодержащие штукатурки, баритовый бетон и т.п., однако свинец по доступности и удобству использования опережает их, хотя если у вас есть возможность использования подобных материалов, то их можно использовать, предварительно в обязательном порядке выяснив их характеристики.

Важно так же не забывать о защите от рабочего пучка излучения, установив на его пути, например, свинцовую пластину.
От себя могу порекомендовать следующую конструкцию самодельного рентгеновского аппарата. Берется старый фотоувеличитель, с которого демонтируется оптико-осветительный блок, оставляем только столик, стойку и перемещающийся по ней кронштейн. Под столик крепится свинцовый лист толщиной 3-4мм, обеспечивающий полное поглощение рабочего излучения и устойчивость всей конструкции. К кронштейну крепится кожух с трубкой, а источник ее питания – к основанию стойки. Подобная конструкция особенно удобна для микрофокусных трубок или малогабаритных трубок других типов. Объект, который нужно подвергнуть облучению, располагается на столике увеличителя.
И, как уже говорилось, желателен пульт дистанционного управления, в простейшем случае - вынесенная на проводах длиной около 1.5м кнопка включения-выключения.

А теперь надо сказать пару слов о способах детектирования рентгеновского излучения. Это так же необходимо, как и защита – как для осознания собственной безопасности, так и для проверки качества защиты и предотвращения неконтролируемых утечек излучения.
Для детектирования рентгеновского излучения пригодны все стандартные типы детекторов ионизирующих излучений – счетчики Гейгера, ионизационные камеры, сцинтилляторы, твердотельные детекторы. Однако здесь затронем только те типы, которые легко доступны и не требуют больших затрат.
Счетчики Гейгера. Конечно, существуют специальные рентгеночувствительные счетчики, однако найти их представляется делом крайне маловероятным. Но и широко распространенные счетчики типа СБМ-20, СТС-5 и т.п. обладают вполне достаточной чувствительностью для обнаружения излучения. Для этого можно использовать как самодельный прибор, так и фабричный бытовой дозиметр. Если это самоделка, то нет необходимости вводить количественный измеритель – достаточно лишь индикации в виде щелчков или вспышек лампочки. Количественные измерения все равно будут совершенного несоответствующими действительности из-за невозможности калибровки прибора, и из-за ненормированной чувствительности подобного счетчика к рентгену – он будет явно занижать показания, т.к. регистрирует лишь малый процент рентгеновских квантов. Если вы используете фабричный дозиметр – желательно снять установленный на счетчике чехол для коррекции хода с жесткостью. Это нужно для увеличения и без того малой чувствительности прибора к рентгену.

Другим типом детекторов можно назвать сцинтилляционный. Мы не будем делать настоящий сцинтиллятор с применением ФЭУ и т.п., а воспользуемся упрощенным вариантом. Для этого нам понадобится некоторое количество сцинтиллятора – вещества, светящегося при воздействии излучения, и фотоприемник. В качестве сцинтиллятора можно использовать вещество, которым пользовался сам Рентген – сульфид цинка, можно так же попытаться использовать экранные люминофоры из кинескопов или осциллографических трубок, или взять кусочек усиливающего экрана. Эти экраны используются для лучшего засвечивания пленки при снимках и снижения получаемой объектом/пациентом дозы излучения. Чаще всего он светятся в рентгеновских лучах зеленым светом. Сам экран можно либо купить в магазине медтехники, либо попросить в стоматологической клинике – очень часто они входят в состав микрокассет с пленкой для дентальных снимков. Нам будет достаточно кусочка размером 1*1см.
В качестве фотоприемника подойдет обычный фотодиод, желательно с большой площадью фоточувствительного элемента и хорошей чувствительностью к видимому свету. Далее на светочувствительную поверхность диода наносится сцинтилляционный состав, или кладется кусочек экрана, и все это закрывается от посторонней засветки тонкой алюминиевой фольгой. Вместо фольги, если есть возможность, лучше применить бериллиевое окно от негодной трубки (бериллий ядовит, как и все его соединения. Осторожно.) Если вы использовали фотодиод в пластиковом корпусе, то необходимо защитить от засветки и сторону корпуса, на которой находятся выводы. Далее остается включить наш датчик в какую-нибудь схему чувствительного фотореле – и все.

Другим типом датчика можно назвать фоторезистор ФСК или ФСД, который обладает чувствительностью не только к видимому свету, но и к рентгеновскому излучению. Для изготовления датчика достаточно закрыть его окно фольгой или той же бериллиевой пластинкой, и опять же включить его в схему, можно даже просто последовательно в цепь из датчика, микроамперметра и батарейки. Вот и все.
Следует лишь добавить, что последние два типа датчика обладают, из-за малого объема, невысокой чувствительностью, и их лучше использовать непосредственно в схеме установки, а для контроля общего фона лучше подходят счетчики Гейгера.

Вот, пожалуй, и все. Как видно, при нормальной организации работы и хорошей установке риск при работе с рентгеном минимален, а, возможно, даже и меньше, чем при работе с другими высоковольтными устройствами. Удачи!

Использованы материалы:
Теория- Иванов С.А. Рентгеновские трубки технического назначения.1989
Технические характеристики- Гурлев Д.С. Справочник по электронным приборам (1974)(5-e, испр. и доп.)
Таблица ослабления- http://www.drillmat.ru/production/rentgen/index.html


Последний раз редактировалось: AlexDark (Sun Oct 14, 2007 6:40 pm), всего редактировалось 1 раз
Добавлено: Sun Oct 14, 2007 12:43 am
тема: Re: Техника безопасности при работе с рентгеновскими трубкам
Ответить с цитатой

GluckMaker
 


Большой спасиб за инфу. Некоторых вещей не знал.
AlexDark писал(а):
Копия статьи с RusHV.

Во первых, излучение ослабевает по мере удаления от источника по экспоненциальному закону. Во-вторых, излучение поглощается веществом.

Из формулировки получается, что "излучение (всегда) ослабевает по экспоненте от расстояния, а вдобавок ещё и поглощается веществом". Наверное, имеет смысел сказать, что экспоненциально оно ослабевает именно в следствие поглощения. А в слабо поглощающей среде, например в воздухе, ослабевает в лучшем случае пропорционально квадрату расстояния от источника (для несфокусированного источника).

Добавлено: Sun Oct 14, 2007 2:51 pm
Ответить с цитатой

AlexDark
CyberGoth


Исправил, спасибо за замечание.

Добавлено: Sun Oct 14, 2007 6:42 pm
Ответить с цитатой

Упырь
Громовержец


Тема закрыта и прилеплена.

Добавлено: Fri Mar 21, 2008 12:16 pm
Список разделов Flyback.org.ru » ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ » Техника безопасности при работе с рентгеновскими трубками
    Просмотр темы целиком



Лицензионное соглашение

(c)Flyback.org.ru
Российское общество любителей высоких напряжений.
Использование материалов с данного сайта и форума возможно только с разрешения администрации.