Kolaborasi
SENI
KECANTIKAN & KESEHATAN
KERAJINAN
BUDAYA & SEJARAH
HIBURAN
LINGKUNGAN
MAKANAN & MINUMAN
REKAYASA BALIK
ILMU PENGETAHUAN
OLAHRAGA
TEKNOLOGI
PERANGKAT PAKAI
Tabung Sinar-X Anoda Berputar Bouwers
English
Emma

Dibuat oleh

Emma

8. September 2026SE
58
0
0
0
0

Tabung Sinar-X Anoda Berputar Bouwers

Tabung Coolidge tahun 1913 memecahkan masalah listrik: filamen yang dipanaskan mengatur arus, sehingga operator akhirnya dapat mengendalikan berkas, alih-alih bernegosiasi dengan sekantong gas. Namun yang diwariskannya adalah masalah **termal**, dan masalah yang brutal. Hanya sekitar satu persen daya yang dimasukkan ke dalam tabung sinar-X yang keluar sebagai sinar-X. Sisanya menjadi panas, yang dialirkan ke titik fokus selebar beberapa milimeter. Pada 100 kV dan 400 mA, itu kira-kira 40 kilowatt yang masuk ke area yang lebih kecil dari butir beras - ratusan kali kepadatan daya pelat panas, ke dalam tungsten. Titik fokus tidak memanas secara bertahap. Titik itu berlubang, lalu meleleh, dan anoda yang berlubang menghasilkan berkas yang kabur dan tidak simetris selama sisa umur tabung. Jawaban Albert Bouwers di Philips adalah berhenti membiarkan berkas mengenai tempat yang sama dua kali. **US 1,933,005** "X-ray tube", diajukan 13 Maret 1930 dan diberikan 31 Oktober 1933: letakkan target pada piringan dan putar, sehingga berkas menelusuri cincin logam baru alih-alih satu titik. Paten tersebut menjelaskan alasannya dengan jelas - "since the bombarded surface of the anticathode is materially larger than in tubes of the type having a concentrated focal spot which is formed on a stationary anticathode, such tubes present the advantage that a much higher load may be applied". Produk ini dipasarkan sebagai Rotalix sejak 1929. **Bagian yang cerdas adalah cara menggeraknya.** Anda tidak dapat memasang poros menembus dinding tabung vakum dan tetap mempertahankan vakum. Maka anoda dipasang pada rotor yang tersegel INSIDE selubung, dan paten tersebut mengklaim "a metallic stator carrying magnetic coils for imparting rotative motion to said anode and arranged without the tube" - motor induksi yang statornya berada di luar kaca dan rotornya di dalam, dihubungkan hanya oleh medan magnet. Tidak ada yang melewati dinding sama sekali. **Itulah yang akan Anda buat.** Bukan tabung sinar-X - blueprint ini tidak meminta siapa pun membuat radiasi pengion - melainkan mekanisme sebenarnya yang dipatenkan Bouwers: stator di luar toples kaca tersegel yang memutar rotor di dalamnya, tanpa koneksi di antara keduanya. Ini adalah motor yang sama, dengan prinsip kerja yang sama, dan Anda akan mengukur kecepatannya, slip-nya, dan waktu run-up-nya.
Menengah
3 jam

Instruksi

1

Lilitkan stator dua fase

Motor induksi membutuhkan medan magnet yang ROTATES. Dua kumparan yang saling berhadapan dan digerakkan bersama tidak menghasilkan satu medan - keduanya menghasilkan medan yang berdenyut bolak-balik sepanjang satu garis, yang akan menggetarkan rotor tanpa pernah memutarnya. Anda memerlukan setidaknya dua pasang, saling tegak lurus, yang digerakkan dengan beda fase. Lilitkan empat kumparan dengan sekitar 300 lilitan kawat tembaga berenamel 0,4 mm pada bingkai plastik berdiameter sekitar 25 mm. Dua kumparan yang saling berhadapan membentuk satu fase; dua kumparan lainnya, pada sudut sembilan puluh derajat, membentuk fase kedua. Pasang keempat kumparan mengelilingi cincin dari triplek atau bingkai cetak 3D yang berukuran sehingga toples dari langkah 2 dapat masuk di tengahnya dengan celah 3-5 mm. Celah ini lebih penting daripada jumlah lilitan: kekuatan medan menurun dengan cepat, dan setiap tambahan milimeter kaca antara stator dan rotor mengurangi torsi Anda. Bouwers menghadapi kendala yang sama dan hal ini terlihat pada gambar paten - selubungnya sengaja dibuat CYLINDRICAL dan sempit di bagian yang melewati stator, sehingga kumparan dapat berada sedekat mungkin dengan rotor sejauh yang diizinkan oleh kaca.

Material untuk langkah ini:

Kawat Tembaga Berlapis EmailKawat Tembaga Berlapis Email100 m
Lembaran kayu lapisLembaran kayu lapis1 buah
Lem Kayu PVALem Kayu PVA20 ml

Alat yang dibutuhkan:

Tang pengupas kabelTang pengupas kabel
Stasiun SolderStasiun Solder
Multimeter Digital Kelas LaboratoriumMultimeter Digital Kelas Laboratorium
Jangka Sorong Digital 6 InciJangka Sorong Digital 6 Inci
Pisau KerajinanPisau Kerajinan
2

Rotor, tertutup di dalam, tidak menyentuh apa pun di luar

Rotor harus CONDUCTIVE secara listrik dan tidak perlu bersifat magnetik. Medan putar menginduksi arus eddy di dalamnya, arus-arus tersebut membentuk medannya sendiri, dan kedua medan itu menarik rotor berputar. Aluminium paling ideal, tembaga juga bisa, baja kurang baik, dan plastik sama sekali tidak berfungsi. Bubut atau potong silinder aluminium pejal sekitar 20 mm diameternya dan 40 mm panjangnya. Bor di tengah pada setiap ujung dan tekan masuk dua poros pendek baja, atau cukup rekatkan ring dalam dari dua bantalan bola kecil. Buat rangka ringan di dalam toples kaca berdinding lurus untuk menopang bantalan sehingga rotor berputar bebas pada sumbu toples. Lalu tutup toples. Dari titik ini tidak ada yang bersifat listrik yang melintasi dinding - yang merupakan inti dari percobaan ini. Jika Anda memiliki sarana untuk menciptakan vakum kasar pada toples, lakukan dan catat berapa lama lebih lama rotor berputar sendiri. Rotor Bouwers berputar dalam vakum tinggi tanpa hambatan udara sama sekali, dan juga tanpa udara untuk membawa panas menjauh dari bantalan, yang merupakan kompromi yang dibahas kembali oleh kompendium.

Material untuk langkah ini:

Batang aluminiumBatang aluminium1 buah
Bantalan PeluruBantalan Peluru2 buah
Stoples KacaStoples Kaca1 buah
Lembaran AkrilikLembaran Akrilik1 buah

Alat yang dibutuhkan:

Bor Tanpa KabelBor Tanpa Kabel
Set Mata BorSet Mata Bor
Gergaji BesiGergaji Besi
Set KikirSet Kikir
Jangka Sorong Digital 6 InciJangka Sorong Digital 6 Inci
3

Buat medan berputar, dan buktikan bahwa memang berputar

Gerakkan fasa A dari generator fungsi melalui penguat daya audio kecil - sinus 40-60 Hz, beberapa volt. Listrik PLN tidak diperlukan di mana pun dalam rakitan ini dan tidak boleh digunakan. Gerakkan fasa B dari keluaran penguat SAME melalui kapasitor, yang menggeser arusnya dalam waktu terhadap fasa A. Menggerakkannya dari generator, bukan dari transformator, layak menambah komponen tambahan: Anda dapat menyapu frekuensi dan melihat rotor mengikutinya, yang mengubah langkah 4 dari satu pengukuran menjadi sebuah kurva. Pergeseran fasa itulah kunci utamanya. Dengan A berada di puncaknya saat B berada di nol, dan B mencapai puncak seperempat siklus kemudian, medan gabungan menunjuk ke arah yang bergerak mengelilingi cincin pada frekuensi suplai. Mulailah dengan 4-10 mikrofarad, non-polar, dengan peringkat tegangan jauh di atas tegangan suplai Anda. **Buktikan medan berputar sebelum menyalahkan rotor.** Letakkan kompas kecil di tengah stator dengan daya menyala pada tegangan rendah: kompas seharusnya berputar atau berayun terus-menerus, bukan diam. Jika diam dan bergetar, Anda memiliki medan berdenyut dan nilai kapasitor atau pengkabelannya salah. Kemudian masukkan toples ke dalam cincin dan nyalakan daya. Rotor seharusnya mulai bergerak sendiri. Jika hanya berputar ketika Anda membantunya dengan tangan, pergeseran fasa ada tetapi terlalu kecil - coba kapasitor yang berbeda.

Material untuk langkah ini:

Set KapasitorSet Kapasitor1 buah

Alat yang dibutuhkan:

Pembangkit FungsiPembangkit Fungsi
Papan penguat audio kelas DPapan penguat audio kelas D
Multimeter Digital Kelas LaboratoriumMultimeter Digital Kelas Laboratorium
KompasKompas
Kabel Uji Penjepit BuayaKabel Uji Penjepit Buaya
Kacamata Pelindung TertutupKacamata Pelindung Tertutup
4

Ukur kecepatan, slip, dan waktu naik

**Kecepatan.** Beri tanda satu garis pada rotor dengan penanda dan baca dengan tachometer optik, atau rekam video pada laju bingkai yang diketahui lalu hitung. Medan dua kutub pada 50 Hz berputar 3000 rpm; pada 60 Hz, 3600. **Slip.** Rotor Anda akan selalu berputar lebih lambat daripada medan, dan itu bukan kerusakan - begitulah cara kerja mesin ini. Arus eddy hanya terinduksi ketika medan bergerak RELATIVE terhadap rotor, sehingga rotor yang berputar tepat pada kecepatan medan tidak akan memiliki arus induksi dan tidak ada torsi sama sekali. Ukur selisihnya sebagai persentase dari kecepatan medan. Beberapa persen tanpa beban adalah normal; angka ini meningkat begitu Anda membebaninya. **Waktu naik.** Ukur waktunya dari saat dihidupkan hingga kecepatan stabil. Lalu pikirkan apa artinya secara klinis: tabung yang sebenarnya harus sudah mencapai kecepatan penuh BEFORE paparan dimulai, atau titik fokus akan berada pada satu bagian piringan yang hampir tidak bergerak dan Anda tidak mendapatkan apa-apa. Dengung yang Anda dengar di ruang sinar-X sedetik sebelum bunyi klik persis seperti ini. **Putaran melambat.** Matikan daya dan ukur berapa lama waktu yang dibutuhkan hingga berhenti. Angka itu menunjukkan kualitas bantalan dan hambatan udara Anda, dan itulah angka yang menentukan apakah tabung sungguhan bertahan lima tahun atau gagal dalam satu tahun.

Alat yang dibutuhkan:

Takometer DigitalTakometer Digital
StopwatchStopwatch
Multimeter Digital Kelas LaboratoriumMultimeter Digital Kelas Laboratorium
5

Aritmetika panas yang memaksa semua ini

Memuat notebook Jupyter…
6

Ketika rotor tidak mau berputar

Hampir setiap kegagalan di sini disebabkan oleh medan, bukan rotor. Kerjakan secara berurutan dari atas ke bawah - tes kompas pada langkah 3 langsung menjawab dua pertanyaan pertama.

Flow

Loading...

Alat yang dibutuhkan:

KompasKompas
Multimeter Digital Kelas LaboratoriumMultimeter Digital Kelas Laboratorium
7

Kompendium: bantalan, dan apa sebenarnya titik fokus itu

**Bantalan adalah bagian yang paling sulit.** Bantalan berputar pada 3.000 hingga 10.000 rpm, dalam vakum tinggi, beberapa sentimeter dari piringan yang mungkin sedang menyala. Pelumas biasa menguap seketika pada tekanan itu dan akan merusak vakum, sehingga bola-bola berputar kering atau dalam lapisan logam tipis - sering kali timbal atau perak yang dilapiskan pada lintasan. Itulah sebabnya tabung anoda berputar mahal, mengapa peringkatnya dinyatakan dalam jumlah paparan bukan jam, dan mengapa kegagalannya biasanya bersifat mekanis, bukan elektrik. Tabung kelas atas modern mengganti bola dengan bantalan spiral-alur logam cair, yang juga menghantarkan panas keluar dari anoda - memecahkan dua masalah dengan satu komponen. **Prinsip fokus garis, yang melipatgandakan trik ini.** Permukaan target tidak tegak lurus terhadap berkas; permukaannya miring, umumnya 12 hingga 17 derajat. Elektron mengenai area tipis dan panjang - luas, baik untuk panas - tetapi jika dilihat dari posisi pasien, area itu memendek menjadi titik hampir persegi. Anda mendapatkan area panas yang luas dan sumber semu yang kecil sekaligus. Ini adalah geometri yang bekerja untuk termal, dan bergabung dengan rotasi alih-alih bersaing dengannya. **Biayanya adalah efek tumit.** Karena target miring, sinar-X yang keluar ke arah anoda melewati lebih banyak bagian target itu sendiri dan terserap. Berkas secara terukur lebih lemah di sisi anoda medan - itulah sebabnya radiografer meletakkan bagian pasien yang lebih tebal ke arah katoda. **Mengapa tidak ada yang menggantikannya.** Sembilan puluh tahun kemudian, hampir setiap tabung sinar-X diagnostik di dunia masih berupa piringan tungsten miring, diputar oleh motor induksi melalui dinding tertutup, persis seperti yang dijelaskan paten ini. Piringannya lebih besar, bantalannya lebih baik, selubungnya terbuat dari logam dan keramik alih-alih kaca - dan gambar pada cetak biru ini tetap akan dikenali oleh siapa pun yang merawatnya.

Bahan

8

Alat yang Diperlukan

16

CC0 Domain Publik

Cetak biru ini dirilis di bawah CC0. Anda bebas untuk menyalin, memodifikasi, mendistribusikan, dan menggunakan karya ini untuk tujuan apa pun, termasuk komersial, tanpa meminta izin.

Dukung Maker dengan membeli produk melalui Cetak Biru mereka di mana mereka mendapatkan Komisi Pembuat yang ditetapkan oleh Penjual, atau buat iterasi baru dari Cetak Biru ini dan masukkan sebagai koneksi di milik Anda sendiri.

Diskusi

(0)

Masuk untuk bergabung dengan diskusi

Memuat komentar...