Рентген-безделушка дома часть 2⁠⁠

Предыдущий пост вызвал большую реакцию. В комментах некоторые спрашивали про безопасность. Что ж, в этом посте разберу проблемы безопасности, чтобы закрыть этот вопрос.

Рентген-установка была сделана не просто так, а как часть научной работы, с которой я потом участвовал на конкурсе "Юниор" в МИФИ. Приведу эту работу почти целиком.

"Целью данного исследования являлось создание самодельной рентгеновской установки способами, доступными школьнику и проверка возможностей её использования.

Рентгеновское излучение – Электромагнитные волны длиной от ~103 до ~10−2 Ангстрем и энергией фотонов соответственно от ~100 эВ до ~1 МэВ. На шкале электромагнитных волн лежит между ультрафиолетом и гамма-излучением.

Сама же рентген-установка может использоваться в демонстрационных и исследовательских целях, для вычисления характеристик материалов (Массовые коэффициенты ослабления и т.д.) или же для рентгенографии и рентгеноскопии малых объектов.

Прочие рентген-установки, как правило, имеют большие габариты и плохо приспособлены к транспортировке, а главное, дороги и сложны, содержат редкие или труднодоступные детали. А эта весьма компактна и её транспортировка не составляет сложности и при этом установка может быть собрана из оборудования и деталей, доступных школьнику. Её должно быть достаточно удобно использовать для демонстрации физических явлений в классе. (рис.1)

В качестве источника высокого постоянного напряжения был использован «Источник напряжения высоковольтный» двуполярный фирмы «ост». Прибор был выставлен на напряжение 33кВ. Также источник может быть изготовлен самостоятельно из трансформатора строчной развёртки и транзистора, образующих автоколебательный контур, а также высоковольтного умножителя, подключённого ко вторичной обмотке. В качестве источника излучения я приобрёл кенотрон (высоковольтный электровакуумный диод) 2Ц2С, который в обратном режиме (катод подключается не к минусу, а к плюсу питания, а анод, наоборот – к минусу; в дальнейшем буду называть катод и анод относительно данного подключения, то есть, где плюс питания, там и анод) при напряжении выше 25кВ начинает испускать рентгеновы лучи. Рентген испускается расходящейся плоскостью перпендикулярно оси радиолампы (рис.2). Вплотную к ней мощность излучения составляет примерно 0,7 – 1 Р/ч. Измерения проводились бытовым дозиметром «Белла». Фон в помещении составил 8 мкР/ч. Все эксперименты проводились в бункере для минимизации риска облучения соседей. Также была сделана защита из двух слоёв жести, ограничивающая излучение до одного расходящегося конусом луча и значительно снижающая излучение в остальных направлениях. Зоны излучения определялись при помощи виллемитового экрана, светящегося при прохождении через него рентген-квантов. При помощи него же сделаны рентгенограммы. (рис.3)

Также был экспериментально получен массовый коэффициент ослабления железа. Он составил 6,8е -2 См^2/г Рассчитанный же по таблице равен 5.5е -2 См^2/г, значит результаты сошлись в пределах погрешности.

Установка работает так: на трансформатор строчной развёртки подаётся импульсное низкое напряжение, со вторичной обмотки высокое напряжение идёт на умножитель, с него – на лампу. Из-за автоэлектронной эмиссии электроны выходят в вакуум из катода. Затем они разгоняются и на огромной скорости сталкиваются с анодом, и из-за резкого торможения 99% энергии переходит в тепло, 1% в рентгеновское излучение. Так образуется тормозное излучение, но там также присутствует характеристическое излучение, обусловленное перестройкой электронных оболочек атомов анода. Итоговое излучение – наложение этих двух.*

P.S. Будьте осторожны при работе с высоким напряжением и ионизирующим излучением!

Используемая литература:

«Введение в физику дифракции»; «Рентгеновская оптика» Проф., дфмн Суворов Э.В.

«Рентгеновское излучение» Блохин М.А."

* Здесь есть неточность, которая была уже на конкурсе замечена судьями. Для того материала анода (то ли алюминий, то ли железо, не помню) характеристическое излучение при этих энергиях не лежит в рентген-диапазоне, а лежит в ик и видимом диапазонах спектра. Поэтому мы и можем наблюдать свечение диска на фотографии.

Но в комментариях всё равно нашёлся "эксперт", считающий что он умнее всего преподавательского состава МИФИ, лучшего ядерного университета страны, умнее докторов наук, и заявляющий, что там будет рентгеновское характеристическое излучение. Может это так, и это какой-то лауреат нобелевки, тогда попрошу его назваться.

Что же касается безопасности, то этому было уделено внимание: Интенсивность излучения мала, излучение направленное, была сделана защита на лампу из 2 слоёв жести, мягкий рентген отсекался толстым стеклом колбы. На фотографии вы также можете видеть, что за защитой, даже вблизи лампы, дозиметр намерил 20 мкР/ч при фоне в 8 мкР/ч

По поводу безопасности я отвечал и на конкурсе, в том числе перед судьями с кафедры радиационной безопасности. Они согласились с моими измерениями и расчётами, вот вам ещё одно подтверждение безопасности установки.

Напоследок фото телефонной трубки, на котором видно оборвавшийся проводок.

Пост вышел длинным и не очень интересным, но, надеюсь, он ответил на все вопросы под предыдущим постом