Выпрямитель - это такой элемент электрической цепи, который пропускает ток только в одном направлении.
Свойства выпрямителя: он обладает малым внутренним сопротивлением в прямом направлении и очень большим внутренним сопротивлением в обратном направлении.
Допустимое обратное напряжение вакуумного выпрямительного диода - это то обратное напряжение, при котором еще не возникает дуга между холодным анодом и горячим катодом выпрямительного диода.
В рентгенотехнике применяются выпрямители, выдерживающие высокое обратное напряжение. Анодный ток рентгеновской трубки достигает всего нескольких сотен миллиампер. Для выпрямления высокого напряжения при малой силе тока нагрузки наиболее часто применяются кенотроны.
Устройство высоковольтных кенотронов показано на рис. 6.3. Катод непосредственного накала и анод, обладающий большой поверхностью, расположены друг против друга в стеклянной оболочке. Катод изготовляется из толстого вольфрамового провода, так как он должен быть механически прочным по отношению к воздействиям электрического поля. Если вольфрамовая нить располагается свободно, то ей заранее придают такую форму, какую она приняла бы под влиянием электрического поля. Другим способом защиты катода от механической нагрузки является экранирование катода с помощью металлического цилиндра, соединенного с катодом. Вследствие экранирования увеличивается пространственный заряд и внутреннее сопротивление выпрямительного вентиля.
Рис. 6.3. Высоковольтные кенотроны
а) кенотрон с масляной изоляцией типа VT 120/1800 to; б) кенотрон с воздушной изоляцией типа V 230/802 р
Для повышения к. п. д. эмиссии вольфрамовый катод высоковольтных кенотронов покрывается ториевым слоем молекулярной толщины. Выпрямительные вентили с торированным катодом требуют малой мощности накала катода, однако они весьма чувствительны к изменениям напряжения накала. Поэтому в случае выпрямительных вентилей с торированным катодом напряжение накала катода необходимо стабилизировать. Если напряжение накала меньше номинального, то под действием электрического поля ториевый слой «срывается» с поверхности вольфрама, а при перегреве катода торий испаряется, и трубка выходит из строя. Конструкция вольфрамового катода требует для его подогрева сравнительно большого тока (5 - 15 а) и малого напряжения (5 - 20 в).
Кенотроны с небольшим допустимым обратным напряжением имеют цилиндрический или стаканообразный анод, окружающий катод. Анод высоковольтных кенотронов представляет собой диск с закругленной гранью. Аноды кенотронов не требуют специального охлаждения. В стеклянной оболочке кенотрона должен быть вакуум 10-4 мм рт. ст. Размеры стеклянного баллона определяются изолирующей средой кенотрона и величиной выпрямляемого напряжения. Кенотроны с воздушной изоляцией значительно больше по размеру, чем кенотроны с масляной изоляцией. В каталогах дается величина анодного тока кенотрона как функция от тока и напряжения накала катода. С изменением тока накала изменяются температура катода и эмиссия.
На рис. 6.4. приведены кривые при постоянном токе накала, показывающие зависимость анодного тока кенотрона от анодного напряжения, причем I1 > I2 > I3 > I4. Кенотроны работают только в режиме пространственного заряда.
В случае изменений напряжения накала кенотрона, превышающих номинальное на +-5%, срок службы трубки уменьшается наполовину. В режиме насыщения высоковольтные кенотроны работают подобно рентгеновской трубке: они испускают рентгеновские лучи. Поскольку кенотроны работают в режиме пространственного заряда, то их внутреннее сопротивление мало. Во время работы под действием напряжения, приложенного к полюсам, возникает очень мягкое рентгеновское излучение. Энергия его соответствует рентгеновскому излучению, генерируемому при напряжении 1 - 2 кв. Это мягкое излучение почти полностью поглощается стеклянной оболочкой трубки. Кенотроны, применяемые в рентгенотерапевтических аппаратах, испускают более жесткое рентгеновское излучение, так как работают при значительно большем напряжении. В этих рентгеновских аппаратах должны быть специальные фильтры для кенотронов.
Если в стеклянную оболочку кенотрона попадает воздух или из-за каких-либо изменений во внешней цепи трубка переходит в область насыщения, то она выходит из строя. Это же происходит при недостаточном нагреве катода, когда в пространстве между анодом и катодом возникает недостаток электронов и трубка переходит на режим насыщения. В режиме насыщения электроны ударяют в анод с большой скоростью, он разогревается, материал анода начинает испаряться, создавая зеркальный слой металла на внутренней поверхности стеклянной оболочки трубки. Одновременно с этим из разогреваемого анода освобождаются молекулы газов, и вакуум внутри трубки уменьшается. При перегреве катода срок службы кенотрона уменьшается.
В венгерских аппаратах наиболее часто применяются высоковольтные кенотроны производства ГДР: VT 100/800 po, VT 120/1800 po, VT 150/1600 po в диагностических и V 230/802 р в терапевтических аппаратах.
В таблице 5 приведены номинальные значения напряжения и тока накала для этих кенотронов.
Обозначения немецких кенотронов: V - высоковольтный, Т - с торированным катодом, р - с дисковым анодом, t - с полым анодом, o - с масляной изоляцией. Первое число означает номинальное значение выпрямляемого напряжения в кв, а второе число - максимальный анодный ток трубки. Например: VT 120/1800 to - высоковольтный кенотрон с торированным катодом, с полым анодом и масляной изоляцией на напряжение 120 кв. Максимальный анодный ток трубки 1800 ма. Аналогами немецких кенотронов являются венгерские типа VXZ 120/800 с вольфрамовым и VX 125/1800 с торированным вольфрамовым катодом.
Ради полноты изложения напомним, что в рентгенотехнике иногда применяются и газотроны фирмы Филипс. В этих газотронах используются пары ртути под давлением 2 х 10-3 мм рт. ст. Их преимущество заключается в том, что наряду с большим анодным током (1500 ма) они обладают очень малым внутренним сопротивлением в прямом направлении. Падение напряжения на газотроне обычно не превышает 50 в.
