تكنولوجيا الاشعة السينية مع اجهزة الكومبيوتر تستخدم بشكل متزايد للتطبيقات الصناعية على سبيل المثال يتم اختبار الوصلات الملحومة والمكونات التي تستخدم في صناعة السيارات وقد تم تطوير اساليب فعالة ومرنه في مجال التصوير والاختبار بالاشعة السينية من خلال الجمع بين الروبوتيات وتقنية التصوير المحوسب التي اثبتت فاعليتها في اختراق المواد للتأكد من عدم وجود تشققات او عيوب مخفية غير مرئية.
ويمكنك البحث عن انسب معدات الاشعة السينية في المجالات الصناعية التي تناسب احتياجاتك الفردية بما في ذلك الاجهزة الرقمية التي تحدد معايير الصناعة لفحص وتأمين الجودة التي تم هندستها على القيام بالاداء الامثل والسرعة والفاعلية.
لكن الحقيقة اليوم في الدورة المقدمة من موقع عقل المهندس سوف نتحدث عن تفاصيل المعدات وتجهيزات التصوير بالاشعة التي نعرفها بعد ان قمت بشرح تفاصيل الاشعة وطرق قياسها يمكنك استخدام محرك البحث او التصنيف الرئيسي لمتابعة الدروس السابقة عن التصوير الصناعي باستخدام اشعة اكس واشعة جاما.
اولا مولدات اشعة اكس X-ray generator
يتكون مولد الاشعة السينية من الانبوب - مولد الجهد العالي - وحده التحكم - نظام التبريد و تم شرح النظريات المستخدمة في توليد الاشعة السينية في المواضيع السابقة لكن بإختصار هو عبارة عن : توجيه تيار من الالكترونات عالية السرعة في اتجاه افقي الى المادة المستهدفة مثل التنغستن والتي لديها اعداد ذرية عالية وعندما تبطئ الالكترونات او تتوقف بواسطة التفاعل مع الجسيمات الذرية يتم توليد الاشعة السينية. وبالنظر الى الشكل التالي يتكون الانبوب من الكاثود والانود كما يلي:
اولا: الكاثود بالانجليزية cathode
في المثال اعلاه تشاهد الكاثود القطب الموجب يتكون من عنصرين مهمين (الفتيل و الكأس البؤري) والتي تساهم بشكل مباشر في عمليه تسريع تيار الالكترونات وفيما يلي شرح مبسط عنهم
الفتيل بالانجليزية Filament يمكن ان يعرف ايضا باسم الخيط الرفيع، وعموما هو عبارة عن سخان يصل لدرجات حرارة عالية جدا ليتم اطلاق الالكترونات في اتجاه مستقيم نحو الهدف واليك بعض مميزاته
- مصنوع من سلك التنغستن الرقيق 0.2 mm
- التنغستن يحتوي على الاعداد الذرية المرتفعة A 184 – Z 74
- باعث حراري ممتاز (جيد في بث الالكترونات)
- امكانيه تصنيعه من سلك رفيع جدا
- لديه درجة انصهار عالية تقدر نحو 3422ºc درجه مؤية
- يتعلق حجم الفتيل بحجم البقعة البؤرية
الكأس البؤري بالانجليزية Focusing cup معروف ايضا باسم البقعة البؤريه وهي مصنوعة من الموليبدينوم وكما تشاعد بالرسم اعلاه انها عبارة عن طبق يعمل على صد ومنع الالكترونات من العودة للخلف او الانتشار بعيدا عن المسار او توليد الكترونات تتداخل مع الكترونات الفتيل بالانجليزية poor thermionic emitter واهم المميزات هي:
- لديها نقطة انصهار عالية
- poor thermionic emitter هو مصطلح يعبر عن حاجب وظيفته عدم اطلاق الكترونات تتداخل مع شعاع الالكترون الصادر من الفتيل.
- الشحنه الكهربائية سالبه حتى يتم توجهيه الالكترونات بقوة نحو الانود وبجانب ايقاف الانتشار المكاني
ثانيا: الانود بالانجليزية Anode
كما هو واضح بالمثال اعلاه باللون الازرق الذي يعبر عن الانود (القط السالب) يتكون من عنصر اسمه الهدف بالانجليزية Target مهمته الاساسية استقبال الالكترونات القادمة ثم ضربها للاسفل بزاوية معينه لتخرج على شكل فوتون الاشعة السينية ويمكن وصفه حسب الاتي:
- مصنوع من مادة التنغستن لنفس الاسباب المذكورة اعلاه
- مضاف اليه مادة الرينيوم الى التنغستن لمنع تكسير الانود في درجات الحرارة العالية.
- يتم وضعه او تعيينه في داخل قرص مصنوع من الموليبدينوم
- قرص الموليبدينوم كهربائيا مشحون بالطاقة الموجبه ليتم جذب الالكترونات.
- مضبوط بزاوية 5º – 15º لتوجيه حزمة فوتونات الاشعة السينية باتجاه اسفل نحو الاعمال.
ثالثا مكونات اخرى
- النافذة بالانجليزية Window مصنوعة من البريليوم مع الألومنيوم أو النحاس لتصفية الأشعة السينية.
- الغلاف الزجاجي بالانجليزية Glass envelope يحتوي على فراغ بحيث لا تتصادم الالكترونات مع اي شيئ اخر غير الهدف.
- الزيوت العازلة بالانجليزية Insulating oil مهمته تحميل الحرارة الناتجه من الانود بعيدا عن طريق التوصيل
- الفلتر – المرشحات بالانجليزية Filter يجب ان يكون اجمالي مواد فلاتر الترشيح متعادل مع >2.5 mm من الالمونيوم على سبيل المثال سمك ٢.٥ مم من الالمنيوم مناسب لجهاز ١١٠ كيلو فولت
طريقة وتقنية عمل مولدات الاشعة السينية
الفتيل او filament يتم تسخينه بواسطة تيار الجهد المنخفض مع عدد قليل جدا من الامبير، ومع ارتفاع درجة الحراره تصبح الالكترونات طليقة، بعدها يتم انشاء الجهد الكهربائي الكبير بين الانود والكاثود من خلال مولدات طاقة الجهد العالي ثم يتم تحرير الالكترون من الكاثود ويتم دفعه بقوة الي الانود، تسمى علاقة تيار الالكترونات بين الكاثود والانود بمفهوم تيار الانبوب بالانجليزية tube current.
وحدة قياس تيار الانبوب هي الملي امبير ويتم التحكم فيه من خلال تنظيم الجهد المنخفض ليتم تطبيق عمليه التسخين علي الكاثود، وترجع اسباب انتاج درجات الحرارة المرتفعة على الفليمنت filament، الهدف منها زيادة عدد الالكترونات التي تترك الكاثود مسافرة الي الانود (القطب الموجب) ويتم تنظيم درجه الحرارة من خلال التحكم بمعدل الملي امبير عن طريق وحدات التحكم، على العموم هذة العملية تتعلق بزيادة انتاج عدد الفوتونات وكثافة الاشعاع.
الحقيقة ان مع زيادة الجهد العالي بين الكاثود والانود يؤثر علي سرعة سفر الاكترونات في اتجاه الانود ، وكلما تم رفع الكيلو فولت يتم زيادة الطاقة المنبعثة وتسريع الاكترونات وبالتالي يتم زيادة انتاج وكثافة اشعة اكس و كلما زادت الطاقة تساعد الاشعة علي اختراق المواد المعتمة والاكثر كثافة.
يتم قياس الجهد العالي بالكيلو فولت ويتم التحكم في الكيلوفولت بواسطة وحدة التحكم وبالنظر الى الشكل الاتي نلاحظ ان هناك ارتباط للجهد العالي مع طيف الاشعة السينيه ويوضح الرسم كلما زاد الجهد يزيد التيار ، الذي بدوره سوف يزيد من عدد الفوتونات والنهاية زيادة كثافة الاشعاع والسفر في خط مستقيم والاختراق دون تحويل المسار او انكساره.
يتم استخدام focusing cup لتركيز تيار الالكترونات في منطقة صغيرة من الهدف وتسمى النقطة المحورية او البؤرة بالانجليزية focal spot، وحجم البؤرة هو العامل المهم في قدرة النظام علي انتاج صورة شعاعية حادة، كما يتم تحويل جزء كبير من طاقة الانبوب لعملية تسخين في النقطة البؤرية من الانود.
كما ذكرنا ان الانود مصنوع من مادة التنغستن التي لديها نقطة انصهار عالية بالاضافة الي العدد الذري الكبير ومع ذلك فآن تبريد الانود يكون عن طريق المواد النشطة او الخاملة بالانجليزية active or passive و غالبا ما يتم استخدام المياة او الزيت في عمليات التبريد بواسطة الانابيب وفي حالات الطاقة المنخفظة يتم استخدام الزعانف الحرارية بالانجليزية thermally conductive materials and heat radiating fins.
ومن اجل منع اختراق الكاثود والقضاء على الانحناء بين الانود والكاثود يتم سحب الاكسجين من الانبوب بواسطة عمليات الشفط والسحب بالانجليزية pulling a vacuum ومع ذلك فان معظم انابيب اشعة اكس تتطلب اجراء عمليات احماء وتسخين حسب التعليمات المرفقة مع الجهاز وهذه العملية تتم بعناية عن طريق رفع الجهد والامبير تدريجيا لحرق الاكسجين المتبقي قبل تشغيل الانبوب على الطاقات العالية.
وبالاضافة الي ذلك يمتلك X-ray generators مرشحات فلاتر علي طول مسار الاشعاع ويتم وضعها بالقرب من منفذ الاشعة السينية ، وتتكون هذه الفلاتر من مادة رقيقة ذات عدد ذري عالي مثل النحاس او الرصاص او نحاس ال brass وتعمل وظيفة الفلاتر والمرشحات على امتصاص الفوتونات ذات الطاقة المنخفضة قبل وصولها الي الهدف والسبب يعود الى انتاج صور مقطعية عاليه الجودة. يجب ملاحظة ان الفوتونات منخفضة الطاقة تتناثر بشكل كبير.
العنصر المهم والاخير في منظومة توليد الاشعاع هي وحدة التحكم الموجود باللصورة ادناه وبالعاده لديها لوحة من المفاتيح وبها مفتاح وقفل النظام لمنع الاستخدام غير المصرح، وبها زرار البداية لتوليد طاقة الاشعة السينية وزر لوقف توليد الاشعاع يدويا ويوجد بها ثلاث ضوابط رئيسية لانبوب الاشعة وهي تنظيم الجهد العالي بالكيلوفولت، قوة التيار الكهربائي بالملي امبير، مدة التعرض للاشعاع بالدقائق والثواني،بعض الوحدات مجهزة لتغيير حجم البقعة البؤرية.
خيارات مولدات الاشعاع X-ray Generator Options
هناك طائفة وتشكيلة واسعة جدا من مولدات الاشعة X-ray generators في الحجم والشكل وهناك وحدات ثابته على سبيل المثال المستخدمة المختبرات والمستشفيات والمطارات والاجهزة الامنية وغيرها، وهناك الوحدات المحمولة والمتنقلة والتي يمكن نقلها بسهولة الي مواقع العمل وتتوفر بها مجموعة كبيرة من مستويات الطاقة لتلبية متطلبات الفحص والتصور على المواد المعدنية الثقيلة مثل الفولاذ الصلب وجميع الانظمة قادرة علي انتاج الملايين من الالكترون فولت الضرورية لاتمام عمليه الاختراق الكامل على المادة بالاضافة الى وحدات صغيرة الحجم خفيفة الوزن بطاقة انتاجية حوالي ١٠ كيلو فولت.
حجم البؤرة Focal Spot Size
من المهم ملاحظة حجم البؤرة او النقطة المحورية لانبوب الاشعاع، حيث انها من العوامل التي تساهم هندسيا في حده الصور بالانجليزية unsharpness وعلي العموم كل ما كان حجم البقعة صغيرة كلما تحسنت الصورة وبما ان تركيز تيارات الالكترونات في منطقة صغيرة يجب تخفيض قدرة الانبوب لمنع ارتفاع درجة الحرارة الانود. ويمكن تصنيف مولدات الطاقة علي اساس البقعة البؤرية
- نظام البورة الصغير minifocus
- نظام البؤرة المايكرو Microfocus
اغلب الانظمة التقليدية لديها بقعة بؤرية اكبر من ٠،٥ مم نصف ميليمتر وفيما يخص وحدات minifocus تترواح حجم البؤرة من ٥٠ ميكرون الي ٥٠٠ ميكرون ونظام Microfocus تكون البؤرة اقل من ٥٠ ميكرون
AC and Constant Potential Systems
يتم توريد انظمة مختلفة من انبوب الاشعة السينية منها التي تنتج الاشعة خلال نصف / دورة ١/٦٠ من الثانية لكل دورة وهذا النوع من انبوب الاشعة ينتج الاشعة علي شكل رشقات نارية بدلا من انتاج الاشعة بتدفق مستمر ومع ذلك فإن تغيير الجهد خلال دورة الطاقة في انبوب الاشعة يؤدي الي اختلاف الطاقة لجزء من الاشعاع الذي هو خروج ما يسمى طاقة الاشعاع القابل للانخفاض او الارتفاع عند الاستخدام . كما في حالات الطاقة المنخفضة يتم فلترة الاشعاع كما وضحنا سابقا وهناك انبوب الاشعة بمعيار AC wall current and with DC current الذى يودي الي تدفق ثابت و مستمر من الاشعاع ومعظم النظم الحديثة تستخدم مولدات الطاقة الثابتة.
Flash X-Ray Generators مولدات فلاش
هذا النوع من مولدات طاقة الاشعة السينية ينتج الاشعة علي شكل رشقات مكثفة من الاشعاع وهذا النوع مفيد عند فحص الاشياء في اثناء الحركة السريعة او استخدامها في tripping of an electrical breaker وهي سريعة جدا حيث انها تظهر الاشياء علي شاشة الفيديو بالوقت الحقيقي اثناء زمن التعرض وكل صورة تحتاج الي مستوى عالي من شدة الاشعاع لانتاج صور عالية الجودة وهذه الانواع من انابيب الاشعة السينية ليس لديها نظام تسخين filament ويتم الاستعاضة عن ذلك بعملية سحب الالكترونات من الكاثود ويتم تسخينة بواسطة الجهد الكهربائي القوي بين الكاثود والانود وتعرف هذه العملية باسم field emission or cold emission كما انها قادرة علي انتاج الألاف من الامبيرات.
لمزيد من المعلومات حول استخدام الاشعاع في الاعمال الطبية و المعادلات الحسابية وزمن التعرض وبعض المفاتيح الاساسية المفيدة ايضا للمجال الصناعي يمكنك زيارة هذا المقال الرائع باللغة الانجليزية بعنوان Production of X-rays كما اتمني ان اكون وفقت في شرح معدات وتجهيزات التصوير بالاشعة السينية المستخدمة في المجالات الصناعية.
شكرا لمشاركة المعلومات: