Fluoroskopický röntgen 2 – Svetlana

Ďalší projekt fluoroskopického röntgenu s novým typom röntgenky pre priemysel na kontrolu štruktúry materiálov ruskej výroby Svetlana do 160kV s použitím zelených a modrých RTG kaziet.

      Po predošlom projekte fluoroskopického röntgenu so zubnou diagnostickou röntgenkou Chirana do 100kV, kde sa mi na záver poškodila röntgenka zrejme vďaka nedokonalému tvrdému vákuu (interné preskoky medzi A – K), som sa pustil znova do ďalšieho projektu s novým typom röntgenky pre priemysel na kontrolu štruktúry materiálov s jemnejším ohniskom a až do 160kV. Znova za použitia rovnakých zelených a modrých fluoroskopických RTG kaziet. Článok neslúži, ako návod pre bezhlavé odkopírovanie a následnú realizáciu pre kohokoľvek neznalého danej problematiky, bezpečnosti a šírenia sa žiarenia v priestore a materiáloch !

      Článok neslúži, ako návod ! Jedná sa len o kuriozitu a zaujímavosť, ktorá nie je určená k reprodukcii. Preto tu nie sú a ani nebudú popísane všetky podstatné informácie, ani zásady bezpečnosti práce. Röntgenové žiarenie je veľmi nebezpečné ionizujúce žiarenie. Je neviditeľné a prechádza cez materiály. Vďaka rozptylu v materiáloch sa žiarenie šíri aj spätne za primárny lúč, aj napriek tieneniu olovom v danej miestnosti. Môže spôsobiť chorobu z ožiarenia, rakovinu, leukémiu, neplodnosť alebo aj smrť. Zariadenie pracuje s veľmi vysokým napätím. Všetko robíte len na vlastnú zodpovednosť.

VN zdroj s násobičom

      VN zdroj ostáva naďalej rovnaký IRFP460 polomost s VN transformátorom z čiernobielej elektrónkovej TV s ovládaním na diaľku s ovládačom. Viac o použitom VN zdroji, schéme a zapojení v druhom článku VN zdroj - IRFP460 polomost.

      Zmenou prešiel VN kaskádny násobič. Násobič je 8 stupňový, kondenzátory sú použité 10n/30kV (aliexpress) a VN diódy DD1800 18kV/20mA (TME). Násobič som počítal cez túto kalkulačku. Krabica dostala upgrade hornej časti na zakrytie, dieru pre kábel VN výstupu, rúrku na nalievanie transformátorového oleja a rezistorového hada (10M - 160ks = 1,6GOhm) pre externý kV-meter (100uA ručičkový merák) pre minimalizáciu priestoru na stole a trvalé meranie napätia bez ďalšej krabice 80kV-metra, ako pri predošlom röntgene. Krabica je na plastových nožičkách, nesmie byť priamo na stole pre výšku napätia. Merák je prepočítaný a ciachovaný do 160kV a s fixkou poznačené napätia (3,2kV/dielik). Rezistory sú použité bežné 10M 0,6W od výrobcu VISHAY s papierovým max napätím do 350V. V zapojení kV-metra sa počíta s max napätím až 1000V na rezistor pri max výchylke 160kV. Predtým som tieto rezistory testoval s MOTom niekoľko minút trvale pri 1kV DC, bez problémov to zvládali na vzduchu, pod olejom som nezaznamenal vôbec žiadny problém (potreboval som minimalizovať počet pre menšie fyzické rozmery). Krabica je zalepená silikónom pre dostatočne tesnenie oleja pri prenášaní, olej je však pod hranicou spoja, silikón je bežný univerzálny. Nie je trvale pod transformátorovým olejom. Olej je použitý Mogul Trafo CZ-A.

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

Röntgenka Svetlana 160kV a nádoba

      Priemyselná štrukturálna röntgenka Svetlana do 160kV s označením 0,8BPM14-160 (eBay). Na fotkách dole porovnanie s predošlou používanou zubnou diagnostickou röntgenkou Chirana do 100kV. Táto priemyselná je určená pre kontrolu štruktúry materiálov a má jemnejšie ohnisko, ako Chirana. Jemnosť ohniska, jeho plocha v mm² má vplyv na ostrosť snímku a zobrazenie detailov štruktúry. Žeravenie katódy som mal medzi 2,5 – 2,7V  s anódovým prúdom pod 1mA a s napätím som šiel až do 130kV. Od veľkosti žeraviaceho prúdu (teplota volfrámovej katódy – emisia elektrónov) závisí anódový prúd a tým intenzita (množstvo) RTG žiarenia, od  veľkosti napätia na anóde závisí penetrácia (prenikavosť) žiarenia cez materiály (dodaná energia v keV elektrónom uvoľnených z katódy). Dôležitejšie je napätie, nízka intenzita a nízky jas RTG fólie sa doženie expozíciou zrkadlovky (plus nemusí röntgenka prisilno svietiť). Viac o vzťahu medzi anódovým napätím a katódovým prúdom v teórií tu.

      Pre túto novú röntgenku som vyrobil komplet novú tubu pre umiestnenie do transformátorového oleja a tienenie z vonku oloveným plechom. Olovený plech je hrubý 0,5mm o celkovej hrúbke valca 2mm. Vnútro rúry a predná fólia sú lepené dvojzložkovým silikónom pre agresívne kvapaliny. Transformátorový olej je Mogul Trafo CZ-A. Viac z konštrukcie povedia fotky v albume dole z výroby.

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

Fluoroskopické RTG kazety

      Fluoroskopické RTG kazety. Na fotke zľava dva kusy zelene ORTHO regular 400 o rozmeroch 35x43cm a 24x30cm. Napravo tri kusy modrých RTG kaziet. Modrú som používal aktuálne len CURIX AGFA Blue C4 s rozmerom 30x40cm. V kazetách, ktoré používajú filmy s dvojitou emulziou, sa používajú dva fólie namontované na oboch stranách kazety. Fólia absorbuje röntgenový fotón a prevádza ho na viditeľné svetlo, zelené alebo modré podľa typu fólie. CCD/CMOS snímače kamier a fotoaparátov sú na zelenú farbu citlivejšie, ako na modrú farbu. Rozloženie Bayerovej masky na čipe je 50% zelená, 25% červená a 25% modrá. Rovnako aj oči človeka, sú citlivejšie na zelenú farbu. Staré RTG filmy pre RTG kazety boli zasa citlivé na modré svetlo. Od toho sa odvíja aj kvalita snímok snímaných kamerou alebo fotených zrkadlovkou. Dole je porovnanie modrej a zelenej fólie.

• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

Fotografie pracoviska

      Celá zostava a pracovisko na stole v plechovej šope vonku. Zapínanie a röntgenovanie prebiehalo z bezpečnej vzdialenosti cez ovládač. Bol som mimo pracoviska za vonkajšími hrubými múrmi domu. Röntgenka bola smerovaná primárnym lúčom na opačnú stranu. Kontroloval som RTG žiarenie s rádiometrom Pripyat RKS 20.03, ktorý má v sebe 2x SBM-20 trubice a dostatočne rýchle priemerovanie a vyhodnotenie.

• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

Röntgenované predmety

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

RTG fotografie - klasický pohľad a snímky

      Röntgenovanie prebiehalo pri napätiach podľa materiálu predmetov od 50kV až do 130kV pri prúde pod 1mA. Kovové predmety a podľa množstva a hrúbky kovov napätie medzi 80 – 130kV. Plastové predmety, mušle, kosti a pod. pri napätiach medzi 50 – 80kV.

      Vzdialenosť fólie od ohniska röntgenky bola okolo 35cm. Čím ďalej je fólia od ohniska, tým viac sa zmenšuje deformácia obrazu predmetu, no za cenu nižšieho jasu fólie s klesajúcou intenzitou žiarenia od ohniska so štvorcom vzdialenosti. Vzdialenosť predmetu od fólie k ohnisku mení zväčšenie obrazu na fólii, čím je predmet ďalej od fólie a bližšie k ohnisku, tým je väčšie zväčšenie obrazu, no o to viac sa znižuje jeho ostrosť a vzniká aj deformácia. Pre čo najkvalitnejší obraz sa volí väčšia vzdialenosť fólia – ohnisko  a predmet priamo na fólii resp. obale RTG kazety. Ostrosť obrazu predmetu taktiež závisí od typu a zrnitosti fólie.

      Rozdiely v kontraste fólie pri napätiach pod 80kV sú oveľa razantnejšie a viditeľnejšie po každých „jednotkách kV“, kým kontrast nad 80kV a vyššie už je menej razantný. Naopak jas fólie pri vyšších napätiach nelineárne rastie nahor od vysokej energie fotónov aj pri rovnakom katódovom prúde, teda intenzite RTG. Nízke napätia a nízke energie fotónov majú vyššiu absorpciu vo fólií a naopak, vyššie napätie a vyššie energie fotónov majú nízku absorpciu vo fólií. No vďaka vysokej energii fotónov aj keď menšie množstvo je absorbované vo fólií, fólia svieti vyšším jasom (plus podiel penetrácie a absorpcie v materiály predmetu). Podľa tejto skutočnosti som vhodne stále nastavoval čas expozície zrkadlovky prípadne ISO. Kompenzovať jas fólie prúdom a teda výškou intenzity RTG som nemohol pre mäkký VN zdroj a viac prúdu pri danom napätí nedodá resp. by mohlo dôjsť k zničeniu VN násobiča. Na druhej strane znova platí, že nie je vhodné svietiť s tým zbytočne silno, zrkadlovka vykompenzuje nízky jas fólie. Všetky nasledujúce snímky boli robené na RTG kazetách ORTHO regular 400.

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

14.11.2021
      Menší update, ako mini vsuvka do článku. Neskôr som ešte spravil ďalšie RTG snímky prevažne dosiek a otestoval nový dozimeter RadiaCode 101 na RTG. Snímky spravené pri 55kV 1,6mA, zapaľovač pri nižšom napätí a kalkulačka niekde asi medzi 30 – 40kV. Tu som dosť znižoval napätie pre dosiahnutie vhodného kontrastu. Snímky vytvorené na vzdialenosť 21cm medzi fluoroskopickou fóliou a ohniskom röntgenky, fólia bola vybraná von z RTG kazety pre väčší kontrast snímkou.

      Ako vidieť z fotiek, teraz som robil snímky v dome. Do 55kV steny miestnosti odtienili rozptýlené žiarenie, primárny lúč šiel mimo dom, kritické sú dvere a chodba. Postavil som sa na vhodné miesto s ohľadom na šírenie rozptýleného žiarenia priestorom v dome. Ovládanie klasicky na diaľku cez ovládač. Priestor som kontroloval okrem rádiometra Pripyat RKS 20.03 aj s novým scintilačným dozimetrom RadiaCode 101, ktorý sa ukázal, ako oveľa citlivejší, rýchlejší a vhodnejší na meranie RTG. Tiež je možné cez aplikáciu v mobile a bluetooth pripojením pekne zmapovať šírenie RTG žiarenia priestorom na jednotlivých miestach domu z bezpečnej vzdialenosti a sledovaním hodnôt na mobile v reálnom čase. Rozsah RadiaCode 101 je do 1mSv/h.

• 
• 
• 
• 
•  

• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

      Výber niektorých fotiek a upravených do čiernobielych pozitívov a negatívov:

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

RTG fotografie - porovnanie modrej a zelenej fólie

      Spravil som niekoľko fotiek porovnania modrej a zelenej fólie s predmetom medzi nimi, aby som zachoval rovnaké podmienky a bola to dostatočná názorná ukážka pre porovnanie. V popise fotiek je nastavenie zrkadlovky, čas expozície, clona a ISO. Ako som už aj písal vyššie, na fotkách pekne vidieť rozdiel v citlivosti zrkadlovky na modrú a zelenú farbu svetla. Výška jasu, kontrast a celková kvalita snímku je jednoznačne v prospech pre zelenú fóliu. Anódový prúd je v stovkách uA, vždy pod 1mA pri anódovom napätí 80 – 110kV podľa predmetu. Na videu nižšie je aj natočené toto porovnanie fólií, modrú takmer ani nie je na videu vidieť, až na fotkách s dlhou expozíciou. Krásne sa ukazuje citlivosť snímača kamery mobilu na modré svetlo a vhodnosť fólií na takéto pokusy.

      Ak vo videách na YouTube ľuďom pekne silno svieti modrá fólia (na videu, nie fotka), okrem rôznych typov RTG kaziet s rôznymi citlivosťami, hlavne svietia vyšším prúdom o vyššej intenzite RTG, čím vykompenzujú nízku citlivosť snímača kamery.

• 
• 
• 
• 
•  

• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

RTG fotografie - iný pohľad z boku

      Ďalšia názorná ukážka RTG snímok fotených z boku na predmet. Perfektne je tu vidieť rozptyl a šírenie primárneho lúča RTG kužeľa do priestoru a zväčšenie obrazu predmetu podľa vzdialenosti od fólie a polohou medzi fóliou a ohniskom.

      Tiež je vidieť rozdiel medzi touto priemyselnou štrukturálnou röntgenkou Svetlana a diagnostickou Chirana v ostrosti zväčšeného snímku. Síce je to pohľad pod uhlom, ale pri porovnaní rôznych fotiek aj týchto zväčšenín s fotkami s Chiranou, pekne vidieť ostrosť obrazu v prospech priemyselnej štrukturálnej pre jej jemnejšie ohniskom s menším rozptylom. Z menšieho obdĺžnika plochy v mm² na volfrámovom terči je produkované RTG žiarenie, robí na fólií jemnejšie tiene a menšie rozostrenie obrazu. Ideálna röntgenka by mala bodové ohnisko, v praxi má ohnisko nejakú plochu v mm² pod uhlom a tvar podľa vyžarovania z katódy kruhový alebo obdĺžnikový.

• 
• 
• 
• 
• 
•  

• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

RTG fotografia ľavej ruky

      Snímok mojej ľavej ruky. Fólia od ohniska röntgenky bola na 35cm s RTG kazetou ORTHO regular 400 o rozmeroch 35x43cm. Napätie 62kV pri prúde asi 600uA. Nízky jas zelenej fólie pri danom prúde na 35cm vzdialenosti od ohniska som kompenzoval nastavením zrkadlovky na ISO-1600, no časom expozície len 1 sekundu. Cieľ bolo svietiť čo najkratší čas, o čo najnižšej intenzite len pre potrebu fotky. Celkový čas svietenia röntgenky bol medzi 1,5 – 2s pre fotku s expozíciou 1s. Tento snímok ruky som spravil až na záver, kedy som už vedel, ako nastaviť RTG a zrkadlovku pre čo najkratší čas svietenia a čo najvyššiu kvalitu fotky bez nutnosti opakovania, len na jeden pokus. Tu je výsledok, plus pohranie sa s fotkou do čiernobielej. Toto je jediná fotografia, ktorá prešla miernou úpravou kontrastu, všetky ostatné fotky sú bez úprav.  

• 
• 
• 
•  

Poškodenie izolácie VN kábla

      Časom sa ukázali nedostatky v izolácií VN kábla z krabice VN násobiča v oleji do olejovej nádoby s röntgenkou. Taktiež pri napätiach nad 100kV vyššie sa už objavujú čiastkové výboje vo vzduchovej medzere medzi plastovou rúrou a oloveným valcovým tienením. Na VN kábli prepálilo malú dierku.

• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

Finálny video zostrih

      Video RTG na mobil a 3D RTG video (otáčajúci sa predmet na motorčeku z mikrovlnky) som natáčal pri 125kV bez ohľadu na materiál pre vyšší jas fólie, aby na videu bolo dobré vidieť röntgenované predmety.

---

Literatúra k téme:
Zkoušení materiálů a výrobků rentgenovými paprsky a paprsky gama – Vladimír Hajdovský, Státní nakladatelství technické literatury, 1956