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Tipos de tubos de rayos X y fuentes de alimentación de alto voltaje

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Especificación de la aplicación

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Tipos de tubos de rayos X y fuentes de alimentación de alta tensión

Los tubos de rayos X se presentan en diferentes formas y tamaños para adaptarse a las distintas aplicaciones, y existe una gran variedad de fuentes de alimentación de alta tensión y circuitos de control. En esta sección se describen varios tipos de tubos de rayos X y tres tipos de circuitos de alta tensión: Tubo de rayos X simple, tubo de rayos X con ventana Be, tubo de rayos X de ánodo giratorio, tubo de rayos X cerámico, tubo de rayos X de ventana final, tubo de rayos X para difractómetro de rayos X, tubo de rayos X de microfoco, tubo de rayos X abierto (tubo de rayos X de blanco de transmisión y tubo de rayos X de blanco de reflexión). Se discutirán tres tipos de circuitos de alta tensión: ánodo conectado a tierra, cátodo conectado a tierra y bipolar.

Tubo de rayos X simple

Un tubo de rayos X simple, formado por un filamento (cátodo) que produce electrones calientes y un ánodo que produce rayos X al chocar los electrones, se fija en un tubo de vidrio y se aspira. Muchos de estos tubos son relativamente pequeños y utilizan tensiones que oscilan entre 20 kV y 130 kV. Se utilizan para ensayos no destructivos con rayos X, detección de cuerpos extraños, análisis y aplicaciones médicas. Suelen colocarse en carcasas metálicas especiales (carcasas de tubos de rayos X) llenas de aceite aislante para reducir las fugas de rayos X y hacerlos seguros y fáciles de manejar. En algunos casos, la superficie se cubre con resina u otros materiales. En los ensayos no destructivos de infraestructuras, etc., se utilizan cajas de blindaje de rayos X rellenas de gas aislante en lugar de aceite aislante para reducir el peso de los dispositivos de rayos X.

Tubo de rayos X con ventana de berilio

Un tubo de rayos X con ventana de berilio es un tubo de rayos X con berilio unido a la parte de salida de los rayos X (elemento símbolo Be, número atómico 4). El voltaje de los tubos de rayos X oscila entre unos pocos miles de voltios y 80 kV y se utilizan principalmente para el análisis de rayos X.

Tubo de rayos X de ánodo giratorio

Un tubo de rayos X de ánodo giratorio es un tipo de tubo de rayos X en el que el ánodo que produce los rayos X gira cuando es alcanzado por un haz de electrones. Al girar el ánodo, el calor puede dispersarse, aumentando la corriente del tubo para incrementar la intensidad de los rayos X. Se utiliza principalmente en aplicaciones médicas como la tomografía computarizada y los rayos X. Debido a su compleja estructura, es un tubo de rayos X muy caro.

Tubo de rayos X de cerámica

Un tubo de rayos X cerámico es un tubo de vacío en el que la parte aislante del tubo de rayos X es de cerámica en lugar de vidrio. Son resistentes al calor y a los impactos y se utilizan principalmente para ensayos no destructivos y DRX. Otros pequeños tubos de rayos X de cerámica también se utilizan en analizadores portátiles de fluorescencia de rayos X y tubos de ionización de rayos X blandos.

Tubo de rayos X de ventana final

Un tubo de rayos X de ventana final es un tubo de rayos X con una ventana de berilio situada en el extremo del tubo de rayos X. Dado que el ánodo productor de rayos X se encuentra cerca del extremo de la ventana de berilio, la distancia a la muestra analizada puede acortarse y pueden emitirse más rayos X. La fuente de alimentación del tubo de rayos X es una fuente de alta tensión con un cátodo conectado a tierra, y la tensión del tubo es de 50 kV a 80 kV, y la potencia es de 50 W a 4 kW.

Difractómetro de rayos X (Tubos de rayos X XRD)

Los tubos de rayos X para XRD son tubos de rayos X para la difractometría de rayos X (XRD), y sus diseños son fácilmente intercambiables porque se utilizan diferentes materiales objetivo dependiendo del objetivo analítico. Los tubos de rayos X para DRX son vendidos por varias empresas y son altamente intercambiables y pueden ser utilizados por diferentes fabricantes. Sin embargo, es importante tener en cuenta que existen dos tipos: ánodos cortos y ánodos largos. También existen en el mercado tubos de vidrio y de cerámica. La tensión puede ser de hasta 60kV, pero la potencia del tubo de rayos X es grande, de 1kW a 4kW, y requiere refrigeración por agua. Los tubos de rayos X utilizados para la DRX están conectados a tierra por ánodo.

Tubo de rayos X de microenfoque

El tubo de rayos X de microfocalización es un tipo de tubo de rayos X con un área de emisión de rayos X muy pequeña, que oscila entre unas pocas micras y decenas de micras. En un tubo de rayos X de microfocalización, los electrones producidos por el filamento convergen y chocan contra el ánodo (blanco) para producir rayos X. La zona en la que se producen los rayos X se denomina foco, y al reducir el foco a la escala de micras, se puede obtener una imagen de rayos X clara y casi borrosa, incluso cuando la imagen de rayos X se amplía. Por ello, los tubos de rayos X de microfoco se utilizan para pruebas no destructivas de dispositivos electrónicos con estructuras finas.

Los tubos de rayos X de microfocalización requieren múltiples electrodos, así como una fuente de alimentación de alta tensión para la aceleración a fin de enfocar los electrones. Utilizan una tensión de aceleración de 90kV a 150kV. Existen dos tipos de tubos de rayos X de microfocalización: tubos de rayos X abiertos y tubos de rayos X de microfocalización sellados.

Tubo de rayos X abierto (tubo de rayos X de objetivo de transmisión y tubo de rayos X de objetivo de reflexión)

Un tubo de rayos X abierto es un tipo de tubo de rayos X con un filamento y un blanco reemplazables. Se utiliza una bomba de vacío para aspirar el interior del tubo de rayos X y crear vacío. La mayoría de los tubos de rayos X abiertos tienen diámetros focales de tamaño de microfoco o nanofoco, lo que les permite capturar imágenes de piezas pequeñas con una borrosidad mínima incluso cuando se amplían. Existen dos tipos de tubos de rayos X abiertos: de transmisión y de reflexión. El tipo de blanco de reflexión utiliza rayos X producidos en el lado incidente del electrón, igual que un tubo de rayos X normal. Por otro lado, los tubos de rayos X abiertos de microfocalización de tipo blanco de transmisión utilizan materiales de blanco, como el tungsteno depositado sobre ventanas de berilio o diamante. Cuando un electrón incide sobre un blanco de tungsteno, se emiten rayos X en todas las direcciones a 360 grados. En un tubo de rayos X de reflexión, los rayos X emitidos en la parte posterior del blanco son muy pequeños debido al grosor del blanco. En el tubo de rayos X de blanco de transmisión, el blanco de tungsteno es muy fino y el sustrato (material de la ventana) es de berilio o diamante, por lo que se emiten muchos rayos X por la parte posterior. El tubo de rayos X de microfocalización de tipo blanco de transmisión utiliza estos rayos X. Utilizando un blanco de transmisión, la distancia entre el foco de rayos X (el punto de generación de rayos X) y la muestra puede hacerse muy corta, lo que permite un gran aumento. Sin embargo, debido a la capacidad calorífica del blanco, no se puede aumentar la corriente del blanco. Los tubos de rayos X abiertos están disponibles comercialmente con un rango de tensión acelerada de 100 kV a 300 kV. En el tubo de rayos X de blanco de transmisión, el blanco de tungsteno es muy fino y el sustrato (material de la ventana) es de berilio o diamante, por lo que se emiten muchos rayos X por la parte posterior. El tubo de rayos X de microfocalización de tipo blanco de transmisión utiliza estos rayos X. Utilizando un blanco de transmisión, la distancia entre el foco de rayos X (el punto de generación de rayos X) y la muestra puede hacerse muy corta, lo que permite un gran aumento. Sin embargo, debido a la capacidad calorífica del blanco, no se puede aumentar la corriente del blanco. Los tubos de rayos X abiertos están disponibles comercialmente con un rango de tensión acelerada de 100 kV a 300 kV. En el tubo de rayos X de blanco de transmisión, el blanco de tungsteno es muy fino y el sustrato (material de la ventana) es de berilio o diamante, por lo que se emiten muchos rayos X por la parte posterior. El tubo de rayos X de microfocalización de tipo blanco de transmisión utiliza estos rayos X. Utilizando un blanco de transmisión, la distancia entre el foco de rayos X (el punto de generación de rayos X) y la muestra puede hacerse muy corta, lo que permite un gran aumento. Sin embargo, debido a la capacidad calorífica del blanco, no se puede aumentar la corriente del blanco. Los tubos de rayos X abiertos están disponibles comercialmente con un rango de tensión acelerada de 100 kV a 300 kV. Utilizando un blanco de transmisión, la distancia entre el foco de rayos X (el punto de generación de rayos X) y la muestra puede ser muy corta, lo que permite un gran aumento. Sin embargo, debido a la capacidad calorífica del blanco, no se puede aumentar la corriente del blanco. Los tubos de rayos X abiertos están disponibles comercialmente con un rango de tensión acelerada de 100 kV a 300 kV. Utilizando un blanco de transmisión, la distancia entre el foco de rayos X (el punto de generación de rayos X) y la muestra puede ser muy corta, lo que permite un gran aumento. Sin embargo, debido a la capacidad calorífica del blanco, no se puede aumentar la corriente del blanco. Los tubos de rayos X abiertos están disponibles comercialmente con un rango de tensión acelerada de 100 kV a 300 kV.

Tres tipos de circuitos de alta tensión

Conexión a tierra del ánodo

La conexión a tierra del ánodo es una forma fácil de disipar el calor, ya que el ánodo de un tubo de rayos X que genera mucho calor puede conectarse a tierra. En cuanto a la fuente de alimentación, se conecta una fuente de alimentación de alta tensión con salida negativa al lado del cátodo, pero también se necesita una fuente de alimentación para el filamento que flote por encima de ese potencial. Este modo de conexión es adecuado para tubos de rayos X para DRX, tubos de rayos X de microenfoque abierto, tubos de rayos X cerámicos, etc.

Conexión a tierra del cátodo

En una conexión cátodo-tierra, un filamento del tubo de rayos X está conectado al potencial de tierra, y una fuente de alimentación de alto voltaje de salida positiva está conectada al lado del ánodo. La corriente del tubo de rayos X se controla mediante la potencia del filamento. Esta conexión es adecuada para tubos de rayos X de microenfoque sellados y tubos de rayos XRF de ventana final. Para los tubos de rayos X XRF de alta potencia, se utiliza la refrigeración por agua con agua pura para refrigerar el ánodo.

Conexión bipolar

En una conexión bipolar, la fuente de alimentación de alta tensión de salida negativa se conecta al cátodo del tubo de rayos X y la fuente de alimentación de alta tensión de salida positiva se conecta al ánodo. Esta conexión se utiliza cuando es necesario aumentar la tensión de aceleración (tensión del tubo) de los rayos X. Por ejemplo, si se requiere una tensión de tubo de 320kV, conecte la fuente de alimentación de alta tensión de -160kV al lado del cátodo y la fuente de alimentación de +160kV al lado del ánodo.

Wisman dispone de una gama de fuentes de alimentación que pueden utilizarse para tubos de rayos X. Ejemplo: XNA; XRD; XRA; XRW;

Campo de aplicación: Fluorímetro de rayos X, máquina de punto de rayos X, medición de nivel de rayos X, detección de nivel de rayos X, medidor de espesor, identificación de antigüedades, medición de espesor de tiras de aluminio, medición de espesor de placas de aluminio, medición de espesor de papel, película, papel de aluminio, análisis elemental en línea, fluoroscopia de rayos X, pruebas de tamaño de partículas, medición de densidad, ensayo de la composición del papel, control de procesos en línea, ensayo ROHS, medición del grosor, sistema de inspección de placas de circuitos impresos, análisis de fluorescencia de rayos X, campo radiográfico, imágenes de rayos X, alineación de placas de circuitos impresos multicapa, detección del tamaño de las partículas, medición de la densidad, control de procesos, espectroscopia de rayos X, cabezal de soldadura, detección de cabezal de alambre, etc.