简易X射线摄影教程
GiroPetrenko 2020-1-5原创 快乐DIY极客实验

0. 前言

之前的高压整流管计划部分宣告失败。多半因为漏气,靶面材料等等因素使得找到一款“能用”的射线管替代品十分困难。特此发一新帖,详细为初学者介绍X射线摄影的各个组成。按照本贴的教程,对于有一定基础的爱好者均能完成摄影。同时介绍一些制作过程的经验。

1. 安全

不同于高压,部分强激光,轨道/磁阻加速器等等,X射线是十分危险的。因为看不见,摸不着,而且普通(盖革式)计数器很难准确判断剂量,穿透性强,会散射等等因素,增加了X射线的危险性。在没有安全可靠的防护设备与检测设备前,强烈不推荐使用X射线设备。

1-1. 屏蔽方式

常用的防护装置是铅。铅板可在淘宝上购买,根据厚度,尺寸等等价格变化很大。作者使用的1mm铅板参考价格约100RMB。

根据Radpro calculator给出的数据,60kV,1mA的射线管在5米处能够检测到67mSv/hr的辐射,而使用1mm的铅板进行屏蔽后可有效把辐射降至3.8mSv/hr。当然,距离也是很好的防护方式。即使没有屏蔽,只要跑到500米开外辐射即可降至1uSv/hr。

1-2. 检测方式

虽然盖革计数器无法有效检测X射线的当量,佩戴一台盖革计数器也是十分推荐的。普通型号如J304,J305,SBM-20等等在高强度的X射线下容易“爆表”。在此推荐SI3BG这款前苏联盖革计数管,此管专为高量程设计。直对X射线管也给出了103mSv/hr的数据。

2. 材料准备

- X射线管一只,推荐使用牙科X射线管。本坛有售。有铍窗的,比一只手大的均不建议碰。参考价格400~1000RMB。

image.png

作者使用的X射线管,参考参数:70kV,5mA。灯丝电压2V-4V

- 倍压整流模块,作者使用的是3级6倍压模块,由30kV 50mA的二极管与2700pF 30kV的薄膜电容组成。特别注意高压薄膜电容必须完全浸润在变压器油内使用。二极管的型号为H3050F,电容型号未知。参考价格50RMB。

- 灯丝电源。下文会介绍。

- ZVS 或其他逆变装置。

- 交流输出高压包,下文会介绍。

3. 电路部分

3-1. 高压逆变

要使低压的直流电逆变成高压的交流电,本处使用了ZVS电路。具体细节请看本坛其他帖子,有十分详细的介绍。ZVS使用12V的3S锂电池进行供电,既保证了充足的放电能力也不怕被高压损坏。

3-2. 高压包

高压包需使用交流输出类的,不然无法倍压整流。一个思路是采用老式分体黑白高压包,但因为存世量小,不推荐使用。另一个方案是定制交流输出的高压包。功率300W,24V输入,10kV输出的参考价约100RMB。

3-3. 灯丝电源

由于X射线管的本质其实还是一个“直热式高压整流电子管“,所以需要一个低压电源供给灯丝。作者使用的是现成的BUCK非隔离降压。X射线的输出功率也由灯丝电流决定,因此灯丝电源十分重要。如果成本允许建议使用隔离降压,保证安全。若是BUCK模块损坏,12V直接进入灯丝则射线管会瞬间损毁。

4. 射线管的安装

4-1 射线管的安装

强烈建议把射线管安装在一个ABS的防水盒内,并且在底部铺设倍压整流。整体灌上变压器油,用上盖密封好既是一套完整的X射线组件。参考图如下:

image.png

注意!一定要把射线管稍稍转一下,以免被电容挡住。(嘿嘿)

4-2. 高压电源部件

作者的高压电源,布局仅供参考。靠右的电压表指示电池电压,防止锂电过放。而靠左的1mA电流表暂时闲置。日后可以稍加改造,作为管流的测量。

高压包采用的是分体黑白高压包,功率最大约60W,10kV输出,与整体功率符合。ZVS自制,无需多做解释。

注意高压安全,原高压包输出线以及改制成20kV耐压的硅胶线。注意内部拉弧,由于灯丝电源的原因高压部分共地,所以高压包可能会跟ZVS的铺铜拉弧。负极应接地(PEN/大地)。

整机拥有两个开关,一个控制灯丝,一个控制高压。在不开启灯丝的情况下是无法开启高压的,以防高压导致的故障。

image.png

5. 成像(未完成)

5-1. 方案一:增感屏

增感屏是一种直观且快速的成像方法。只需一只手机就可完成图像的数字化。增感屏分两种,蓝色和绿色。蓝色略便宜但是成像效果差,且不灵敏。绿色大约比蓝色贵3倍但是成像清晰,灵敏度高。参考价格:5''x7'' 蓝色30~50 RMB 绿色 60-100RMB.

作者目前使用的就是蓝色增感屏方案,成像效果如下图。手机参数ISO 3200,2~4s 曝光。建议使用绿色高速增感屏,取得更好的发光效率。

image.png

拍摄的手机充电器,可清晰的观察到串联的PTC (?),剩下的则糊成一团。

1036746794.jpg

拍摄的鸡腿,可以清晰的看到骨质和肉质的区别。

5-2. 方案二:牙科X光片

牙科X光片是简单,高清且可以明室操作的方法。论坛上大部分拍摄芯片等小物件均采用本方法。作者在此未做实验。

5-3. 方案三:大画幅X光片

比较昂贵且操作麻烦的方法。需要暗匣,增感屏,以及大画幅胶片。5x7的一套大约需要200RMB,不包括显/定影的周边配件。不过运气的是作者在闲鱼上购得11x14胶片的整套设备,过几日等快递到达即可开始实验。


[修改于 20 天前 - 2020-01-05 19:47:54]

来自:核与粒子束 / 极客实验聊天生活广场 / 快乐DIY
 
2020-1-5 18:50:43
1楼

期待,管子要转个角度,不然照着电容了

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GiroPetrenko(作者)
2楼
引用 LED 发表于 1 楼的内容:
期待,管子要转个角度,不然照着电容了

谢谢提醒,怪不得照出来的底部都有一“黑条”

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2020-01-06 01:42:31
3楼

X射线影像增强器是个不错的选择,闲鱼1500元左右能买到

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4楼
引用 苦丁茶 发表于 3 楼的内容:
X射线影像增强器是个不错的选择,闲鱼1500元左右能买到

如果不嫌做驱动麻烦麻烦,17*17寸坏DR大约2-5krmb看运气,这个年代就别折腾增像管这种老古董了。。。按照我的经验最好买工业的DR,光纤口比较好驱动,我有几片货场捡的无线医疗平板都配不到软件只好拆着玩了,反而咸鱼买的最老一代巨重无比的网口平板驱动成功了。趁着最后几批洋垃圾去香港,陆陆续续已经集齐了十几块DR了,可惜出国没空玩。。

Screenshot_20200105-184115_Gallery.jpg

Screenshot_20200105-184148_Gallery.jpg

若干年前读初中的时候全新从厂家买过两个当时的牙科DR,当时国产化不足,卖的还是跟着SDK包的,现在依然在服役中。这个东西寿命看起来比增像管要长,不容易搞坏。新出的估计已经到了25lp/mm以上分辨率了,软件估计易用得多,也是值得考虑的

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2020-01-08 18:30:20
2020-1-8 18:30:20
5楼

。。球管增加准直器,和旋转结构,可以改ct哇,

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