Кинетическая энергия электронного пучка, падающего на зеркало анода, почти целиком превращается в тепловую энергию, и только очень малая ее часть превращается в рентгеновское излучение.
На основе измерений Разерфорда и Барнеса в таблице 6 приведены значения к. п. д. для разных значений напряжения на аноде. Из таблицы видно, что рентгеновские трубки обладают очень низким к. п. д., почти вся энергия, подводимая к трубке, превращается в тепло.
Таблица 6 Зависимость к. п. д. рентгеновской трубки с вольфрамовым катодом от анодного напряжения
Это создает большие трудности при охлаждении анода. Например, трубка для глубокой терапии с анодным напряжением 200 кв и анодным током 4 ма по теплообразованию эквивалентна печи мощностью 800 вт. Из вышесказанного вытекает, что охлаждение анода является основным условием непрерывной работы рентгеновской трубки. Теплота от нагретого анода может отводиться тепловым излучением, теплопроводностью и конвекцией.
Охлаждение анода посредством излучения тепла. Количество тепла, излучаемого нагретым телом, выражается законом Стефана Больцмана. Тепловая энергия, излучаемая единицей поверхности нагретого тела за единицу времени, равна:
qs = k(Т14 - Т24),
где qs - тепловая энергия, излучаемая единицей поверхности за единицу времени;
k - физическая постоянная;
Т1 - абсолютная температура нагретого тела, в данном случае анода рентгеновской трубки;
Т2 - температура окружающей среды.
Чем больше температура нагретого тела, тем больше тепла оно излучает. Охлаждение анода за счет теплового излучения применяется у рентгеновских трубок с вращающимся анодом, обладающих большой излучающей поверхностью.
Охлаждение анода за счет теплопроводности. Если температура проводника равного сечения а в двух местах, находящихся друг от друга на расстоянии х, Т1 и Т2, то количество тепла, передаваемого теплопроводностью:
Qh = ла (Т1 - Т2)/x t (кал),
где: Qh количество передаваемого тепла;
л - коэффициент пропорциональности;
а - сечение проводника;
Т1 и Т2 - температура сечений проводника, находящихся друг от друга на расстоянии х;
t - время.
Тепло, возникающее в зеркале анода, передается массе вещества анода за счет теплопроводности. Чем больше масса анода, тем больше его теплоемкость, и, следовательно, он меньше нагревается. Масса анода, охлаждаемого только теплопроводностью, должна быть очень большой.
Охлаждение путем конвекции.
а) Охлаждение газом. Для охлаждения анода рентгеновской трубки применяется воздух. Естественная циркуляция воздуха применяется в рентгеновских аппаратах с открытой высоковольтной проводкой, а также при охлаждении рентгеновской трубки для мягкого излучения высокой интенсивности (рис. 7.16), анод которой снабжен радиатором.
Анод рентгеновских трубок типа «Tuto P» фирмы Siemens, вмонтированных в фарфоровый кожух, охлаждается принудительной воздушной циркуляцией. Вентилятор типа «Protos» подает обеспыленный воздух на алюминиевый радиатор, находящийся на стержне анода.
Рис. 7.16. Схема воздушного охлаждения анода
Рис. 7.17. Схема водяного охлаждения анода
б) Охлаждение жидкостью. Для охлаждения анода рентгеновских трубок применяются вода и масло. Вода обладает в два раза большей теплоемкостью, чем масло, однако масло наряду с охлаждением обеспечивает и хорошую изоляцию.
Принципиальная схема охлаждения циркулирующей жидкостью изображена на рис. 7.17. Вход и выход водяного охлаждения обозначены стрелками. При циркуляции воды температура внутри тела анода не превышает 100°С. Если анод рентгеновской трубки заземлен, то вход водяного охлаждения без всякой промежуточной изоляции можно присоединять к водопроводу.
Для охлаждения анода современных рентгеновских трубок большой мощности применяется масло. Температура масла во время работы не должна превышать 95 °С, так как при большей температуре начинается дегтеобразование. Масляное охлаждение трубки возможно с помощью естественной циркуляции масла. Для охлаждения анода используется принудительная циркуляция масла.
В современных кожухах с масляной изоляцией анод охлаждается естественной циркуляцией масла. Примером отдельного охлаждения анода терапевтических рентгеновских трубок является трубка типа «Tuto T» фирмы Сименс. Принудительная циркуляция масла применяется в рентгеновских установках для дефектоскопии.
