VÝROBA RTG APARATUR V ČSR
Jiří Marek
Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT v Praze
Abstrakt
Článek pojednává o vývoji techniky pro rentgenovou difrakční analýzu v CHIRANĚ-nár.podniku do r 1960. Je popsáno zařízení MIKROMETA 1 s příslušenstvím, universální goniometr a jeho uspořádání pro geometrii Bragg-Brentano a Seemann-Bohlin.
Úvod
Začátek výroby rtg techniky spadá do r. 1922, kdy Ing. Miroslav VINOPAL zahájil výrobu RTG aparatur pro lékařské účely.[1]
R.1925 měla firma META 14 zaměstnanců a 6 učňů a sídlila na Žižkově v Malešické ulici č.708.
Podnik v r.1930 měl 40
zaměstnanců, roční výroba okolo
R.1935 se firma META přestěhovala do Modřan, na ploše
R 1937 byla vyrobena první RTG plnoochranná lampa.
R.1948 byl závod META znárodněn a sloučením s 24 dalšímí závody vznikl podnik
„ ZÁVODY LÉČEBNÉ MECHANIKY“ .
R 1950 dostal podnik jméno „CHIRANA“.
Již před tímto rokem došlo k vývoji a výrobě aparatur pro rentgenovou difrakční analýzu a bylo vyvinuto kompaktní zařízeni obsahující VN zdroj a rtg lampu pro tyto účely s názvem MIKROMETA 1. Současně byl proveden vývoj a výroba difrakčních komůrek pro plochý a válcový film, umožňující aplikaci metody Debye-Scherrerovi pro polykrystalické materiály a Laueho metody pro monokrystaly. Uvedené komůrky byly stavebnicového typu nasouvatelné na držáky montované na kryt lampy s nímž vytvářely kompaktní a přitom flexibilní zařízení. Uvedené komory a držáky jsou používány dodnes v aplikaci na moderní rtg. zdroje.
Princip
difrakcni rentgenové analýsy
Rentgenová difrakční analýsa se používá pro výzkum krystalických, resp. amorfních látek
Je založena na principu difrakce monochromatického RTG záření na krystalografických rovinách zkoumaného krystalu. [2] . K odrazu (difrakci) tohoto záření na krystalografických rovinách (hkl) dochází pouze při splnění Braggovi rovnice: viz obr . 1
kde: d jsou mezirovinné vzdálenosti difrakčních rovin, q je úhel dopadu a odrazu RTG paprsku na difrakčních rovinách, l je vlnová délka monochromatického RTG svazku.
Difrakční rentgenová analýza je důležitou kontrolní metodou v metalurgii, geologii, biologii-výzkum struktury viru, organické a anorganické chemii pro identifikaci látek a jejich stavu. Tyto metody byly vyvíjeny cca od r.1930 a poměrné rychle byly uplatňovány v praxi. Zavedení výroby aparatury Mikrometa 1 umožnilo v ČSR rychlý rozvoj těchto metod.
Obr.1 Difrakce RTG záření na krystalografických rovinách (hk).
Mikrometa
1 a příslušenství
Celkový pohled na Mikrometu 1 je uveden na obr.2. Na obr. 3 je prof A. Kochanovská při práci na Mikrometě 1 [4]. Schéma zapojení VN zdroje je uvedeno na obr.4. Ze schématu je patrno, že se jedná o dvoucestně usměrňovaný stejnosměrný zdroj s (+) pólem připojeným na uzemněnou kostru zařízení. (-) pól má plné anodové napětí a je připojen na sekundární vinuti žhavícího isolačního transformátoru, který napájí wolframové vlákno katody RTG-lampy. VN-trafo s usměrňovacími vakuovými diodami a žhavícím transformátorem je umístěno v železném tanku v isolační olejovou náplní. V horním víku tanku je umístěna nizkonapěťová svorkovnice po napájení primárních vinutí VN-trafa a žhavícího trafa a vysokonapěťová průchodka, do níž se připojuje VN-kabel pro napájení katody RTG-lampy. Pohled na VN-tank ve vnitřku Mikromety je uveden na obr. 5. Vysoké napětí anody RTG lampy je nastavováno regulačním autotransformátorem viz obr. 6, jehož kontakty jsou na rotačních ramenech, ovládaných otočnými knoflíky z čelního panelu Mikromety pomocí řetězových převodů. Autotransformátor napájí primární vinuti VN trafa Měření VN napětí je provedeno nepřímo měřením primární napětí VN trafa. Anodový proud RTG lampy je řízen teplotou katodového vlákna RTG lampy. Jeho žhavení je napájeno sekundárním vinutím žhavícího isolačního transformátoru, jehož primární vinutí je napájeno přes reostat ovládaný otočným knoflíkem z čelního panelu. Anodový proud lampy je měřeno miliampérmetrem zapojeným na zemnicí stranu sekundáru VN trafa.
|
|
|
|
Obr.2 Mikrometa 1 celkový pohled (foto: Fr.Filuš Vys.skola baňská Ostrava) |
Obr.3 Prof. A. Kochanovská u Mikromety 1. /4/ |
|
|
|
|
Obr. 4 Schéma Mikromety 1. (prospekt Chirana) |
Obr. 5 VN-tank. (foto: Fr.Filuš Vys.skola baňská Ostrava) |
Obr. 6 Regulační autotransformátor (foto: Fr.Filuš Vys.skola baňská Ostrava)
Rengenové lampy a kryty
K Mikrometě 1 byly dodávánay speciální RTG lampy – obr.7- pro difrakční analýzu s anodami: Mo, Cu, Fe, Co, Cr, W. Na přání bylo možno dodat i lampy s jinou anodou. V lampě je plátek anodového kovu byl navařen na měděný anodový blok, chlazený průtokem vody (cca 3 l/min). Katodou lampy je W-spirála v Fe bloku s žlábkem, který fokusuje emitované elektrony do čarového ohniska na anodě, z něhož vystupuje RTG záření
Toto záření vystupuje do vnějšího prostoru okénky z Be-folie. Okénkem, které je umístěno ve směru čarového ohniska se toto ohnisko jeví jako bodové, okénkem, které je umístěno kolmo na směr čarového ohniska se toto ohnisko jeví jako čarové. Anoda a katoda jsou umístěny v evakuovaném prostoru skleněné baňky. Její prodloužená část pod katodou tvoří isolační prostor do kterého je zasouvána koncovka VN-kabelu.
Při provozu aparatury je RTG lampa umístěna ve válcovém železném krytu s olověnou výstelkou. Kryt lampy je připevněn objímkou na horní desku aparatury Mikrometa 1 –
obr. 8. Na krytu je přišroubován universální držák komůrek na jehož vodorovnou tyč je možno nasunout držáky vzorků, válcové filmové komory nebo kasety s plochým filmem – viz obr. 8 vlevo. Ve svislé stěně držáku je otvor se závitem, do kterého jsou zašroubovány válcové clonky s kalibrovaným otvorem pro výstup RTG záření – viz obr. 8 vpředu. Otvory pro výstup RTG záření z krytu, jsou uzavírány Pb-clonami, ovládanými ručně. V pravé části obr.8 je držák s válcovou komorou od jiného výrobce.
|
|
|
|
Obr. 7 RTG lampa bez krytu (foto: autor) |
Obr.8 RTG lampa s krytem na horní desce
Mikromety 1. (foto. R. Kužel) |
Universální RTG goniometr Chirana
Koncem 50-tých let byl v Chiraně Modřany ukončen vývoj a započato s výrobou universálního RTG goniometru. Souběžně byla provedena inovace VN-napájeci jednotky pod názvem Mikrometa 2 – obr. 9 vlevo. Na horni desce je instalován RTG goniometr. Napravo je měřící skříň Chirana, obsahující napájecí jednotku Geiger-Millerova detektoru, zařízení pro úpravu impulsů a zapisovač, který vykresloval difrakční křivku na registrační papír.
Čelní pohled na goniometr je na obr. 10. Na předním panelu jsou tlačítka ovládající vnitřní převodovku, vpravo je matnice na kterou se prosvětluje stupnice úhlových poloh vzorku, resp. ramene detektoru, dle voliče „vzorek-rameno“.
Horní pohled na goniometr je na obr. 11. Na pravé straně je držák RTG lampy s clonovým systémem, na levé straně držák detektoru s clonovým systémem (srovnej obr.9). Zobrazené uspořádání obou držáků je pro nastavení goniometru v měřícím režimu s geometrií Bragg-Brentano. Pod středem goniometru je umístěno speciální otočné rameno pro ovládání polohy detektoru pro nastavení goniometru v měřícím systému „Seemann-Bohlin“ , vhodné pro zkoumání povrchových vrstev vzorků. Nákres goniometru pro uspořádání Bragg-Brentano je uveden na obr. 12, pro uspořádání Seemann-Bohlin na obr. 13. Pro goniometr byly vyráběny speciální RTG lampy s čárovým ohniskem, integrované se stínícím krytem – viz obr. 14. Goniometr Chirana představuje unikátní řešení universálního RTG goniometru, který ve své době představoval špičkový celosvětový výrobek.
Literatura
[1] www.praha12.cz/mc-rozvoj-historie/historie-regionu/prace-a hospodarstvi/chirana ....
Chirana rentgenovýma očima.
[2] KRAUS, I – GANEV, N. Technické aplikace difrakční analýzi. 1 vyd., Praha : ČVUT, 2004, 171 s. ISBN 80-01-03099-7.
[3] KRAUS, I Jak vznikala první organisace československých rentgenářů. Referát na konferenci: Věda a technika v českých zemích 1945-1960 v NTM Praha.
[4] DOBIÁŠOVÁ, L. Struktura mikrosvěta – svět viděný neviditelnými paprsky. Materials Structure, vol. 7, numer 1 (2000). 21 s. ISSN 1211 5894.
Obr. 9 RTG goniometr Chirana, Mikrometa
Obr.10 Čelní pohled na RTG goniometr Chirana. (foto: Fr.Filuš Vys.skola baňská Ostrava)
Obr. 11 Horní pohled na RTG goniometr Chirana (foto: Fr.Filuš Vys.skola baňská Ostrava)
Obr. 12 Nákres goniometru pro uspořádání
Bragg-Brentano. (prospekt Chirana)
Obr. 13 Nákres goniometru pro uspořádání
Seemann-Bohlin. (prospekt Chirana)
Obr. 14 RTG lampa pro goniometr. (foto: autor)