X射線管如何工作？

X射線通過電子的光子的能量，這發生在X射線管產生的轉換。 量（曝光）和質量（頻譜）的輻射可以通過改變該儀器的電流，電壓和時間進行調整。

工作原理

X射線管（在本文中給出的照片）是能量轉換器。 他們收到來自網絡的，並轉換成其他形式 - 穿透輻射和熱，後者是不希望的副產物。 X射線管裝置，使得可以最大限度地產生光子並盡可能快消散的熱量成為可能。

所述管是一個相對簡單的設備，典型地包括兩個基本要素 - 陰極和陽極。 當電流從陰極流向陽極，電子失去能量，這導致X射線的生成。

陽極

陽極是一個組件，其特徵在於，高能光子的發射產生的。 這是被連接到該電路的正極相對大規模的金屬元素。 它主要有兩個功能：

• 它的電子能量轉換為X射線輻射，
• 它散熱。

用於陽極的材料被選擇以增強這些功能。

理想情況下，大部分電子應該形成一個高能量的光子，而不是熱。 總能量，其被轉換成X輻射（COP）的比率取決於兩個因素：

• 原子序數（Z）的負極材料的，
• 電子能量。

在大多數X射線管作為陽極使用的鎢，其原子序數的材料是等於74除了大Z，該金屬具有一定的其它特性，這使得它適合於這個目的。 鎢是在其保持強度在加熱時，具有高的熔點和低蒸發速率的能力是唯一的。

多年來，陽極是由純鎢。 近年來，我們開始使用這種金屬合金錸，但只在表面。 輕型材料，良好的熱存儲的鎢錸塗層下自陽極。 兩個這樣的物質是鉬和石墨。

用於乳房X射線攝影的X射線管，與所述陽極，塗有鉬製成。 這種材料具有中間原子序數（Z = 42），其產生具有特徵能量的光子，適合於記錄的胸部。 有些設備的乳腺攝影還具有第二陽極，從銠形成（Z = 45）。 這使得有可能增加能量和實現更大的穿透密集的乳房。

使用鎢 - 錸合金改善了長期輻射輸出 - 與陽極時間效率的設備由純鎢由於與表面的熱損傷降低。

大部分的陽極的具有錐形盤的形狀，並且固定在電動機軸，其旋轉他們在相對高的速度在X射線的發射的時間。 旋轉的目的 - 移除熱量。

焦點

X射線生成部不是整個陽極。 它發生在其表面的一個小區域 - 焦點。 尺寸確定最後的電子束從陰極來的大小。 在大多數它具有矩形形狀內0.1-2毫米的設備而變化。

該x射線管設計具有焦斑的一定大小。 它越小，越不運動模糊和更高的清晰度，而且更重要的是，更好的散熱效果。

焦斑尺寸是必須選擇X射線管時，必須考慮的一個因素。 生產廠家與小焦點，它是要實現高分辨率和足夠小，輻射裝置。 例如，需要在主體的小而精密部件如乳房X線照相研究。

X射線管主要生產焦斑兩種尺寸 - 大，小，其可以由操作者根據圖像形成過程進行選擇。

陰極

陰極的主要功能 - 產生的電子並將其收集到導向陽極的光束。 它一般由嵌入在杯形凹陷小螺旋線（絲）的。

通過電路的電子不能正常離開導體，並留下一個自由空間。 然而，他們能做到這一點，如果他們得到足夠的能量。 在稱為熱排放的方法，該熱用於從陰極排出的電子。 當在真空x射線管中的壓力達到10 ^-6 -10這成為可能^-7乇。 藝術。 紗線被以相同的方式成螺旋燈絲燈通過穿過其中的電流加熱。 工作的陰極射線管是伴隨著加熱到從其電子的溫度發光位移熱能。

氣球

陽極和陰極都包含在一個密封的殼體 - 圓柱體。 球囊和其內容物經常被稱為插入件，其具有有限的壽命，並可以更換。 該x射線管通常具有玻璃管，雖然用於一些應用中的金屬和陶瓷圓柱體。

的主要功能是支撐容器和隔離 的陽極和陰極中， 並保持真空。 在15℃下在真空x射線管中的壓力為1.2×10 ^-3 Pa以下。 氣體在罐中的存在將允許電力通過設備自由地流動，而不是僅僅在電子束的形式。

住房

X射線管裝置，使得，除了在外殼和支撐其他部件的，它作為一個屏蔽體和吸收輻射，除了穿過窗口的有用光束。 其相對大的外表面最消散在裝置中產生的熱量。 殼體和插入件之間的空間被填充有油，可提供絕緣和冷卻。

鏈

該電路在電話連接到一個電源，其被稱為發電機。 來源從網絡供電，轉換交流電為直流電。 發電機還允許您調整鏈條的一些參數：

• KV - 電壓或電勢;
• MA - 電流流過管;
• 的S - 持續時間或曝光時間，在幾分之一秒。

該電路提供電子的移動。 他們被控犯有能量，通過發電機，並給它的陽極。 由於他們的運動發生兩個轉變：

• 電勢能轉換成動能;
• 動能又轉換成X射線輻射和熱。

潛力

當電子在到達燒瓶，它們具有潛在的電能，這是由陽極和陰極之間KV電壓的量來確定。 所述X射線管在一個電壓操作，以產生1 KV每個粒子必須有1千電子伏。 通過調整KV，操作員給每個電子是有一定量的能量。

動力學

在真空x射線管低壓（在15℃下為10 ^-6 -10 ^-7乇。V.）允許發射和從陰極向陽極發射的熱離子的電力的作用下所述顆粒。 這股力量加速他們，從而提高速度和動能和潛力下降。 當顆粒在陽極焊盤，其潛在丟失，和所有其能量被轉換成動能。 100千電子伏的電子達到的速度的一半更大 光速。 引人注目的粒子的表面非常迅速放緩而失去動能。 她轉向X射線或熱量。

電子接觸到陽極材料的單個原子接觸。 通過它們與軌道（X射線光子）的相互作用產生的輻射，和具有芯（軔致輻射）。

結合能

在原子的每個電子具有一定的結合能，這依賴於後者的尺寸和在該粒子位於水平。 結合能起著特性X射線的產生中起重要作用，並且需要從一個原子除去一個電子。

軔致輻射

軔致輻射產生的光子的最大數量。 電子穿透到陽極材料和延伸接近細胞核，偏轉和減速重力原子。 他們在這次會議期間損失的能量出現在X射線光子的形式。

的範圍

只有少數光子具有的能量接近於電子能量。 他們中的大多數是低。 假定有圍繞該芯的空間或場，其中，所述電子經驗力“抑制”。 該字段可以分為區。 這給出了在中心的目標原子的磁場鐵心的視圖。 電子目標的任何地方墜落並減速產生X射線光子。 那年秋天最接近中心的粒子，最易暴露並因此失去了大部分能量，產生非常高能量光子。 電子進入外區經歷了 弱相互作用 和產生較低能量的光子。 雖然區域具有相同的寬度，它們具有根據來自核的距離不同的區域。 由於粒子入射到區域的數量，取決於其總面積，很明顯的是，外部區域捕獲更多的電子，並導致更多的光子。 能量X射線光譜可通過該模型來預測。

È _最大的光子對應至E _最大電子主要軔致輻射光譜。 下面這一點上，隨光子能量增加其數量。

低能量的光子的數目顯著吸收或過濾，因為他們試圖穿過陽極管或箱式濾波器的表面上。 過濾通常依賴於通過該束穿過的材料的組成和厚度，並且這決定了低能量光譜曲線的最終形式。

影響KV

光譜的高能量部分確定千伏（千伏）的電壓x射線管。 這是因為它決定的電子到達陽極的能量，光子不能超過此電勢越大。 下的任何電壓運行的X射線管？ 最大的光子能量相當於所施加的最大潛力。 這個電壓可在暴露期間，由於交流電網絡而改變。 在這種情況下，E _最大峰值電壓通過光子振盪週期KV _P規定_。

進一步的潛在量子，KV _p確定由電子到達陽極的給定數目的所產生的輻射量。 因為軔致輻射的總效率提高了入射電子能量增加，這被確定KV _P，這意味著KV _p影響設備的效率。

改變KV _P，通常改變的頻譜。 能量曲線下的總面積表示的光子的數量。 未過濾的譜是一個三角形，並輻射成比例的平方KV的量。 在過濾器的存在也增加光子的KV的增加滲透，從而降低了濾波的輻射的百分比。 這導致增加的輻射率。

特徵輻射

相互作用產生的特徵輻射類型包括與軌道電子高速碰撞。 相互作用只能發生_在顆粒的E部分具有比一個原子的結合能大。 當這一條件得到滿足，並且有一個碰撞，電子被淘汰。 這讓開位置，通過顆粒更高的能級填滿。 隨著我們的電子給出的X射線光子的形式發射能量。 這就是所謂的特徵輻射，由於E是從該陽極由該光子特性的化學元素。 例如，對於E = 69.5千電子伏的電子被敲當K鎢層_連接 ，空置填充有從與E = 10.2千電子伏的L電平_的通信的電子。 特徵X射線光子具有的能量等於所述兩個電平，或59.3千電子伏之間的差。

事實上，陽極材料導致許多特性X射線能量。 這是因為電子在不同能量水平（K，L，等）可被敲轟擊粒子和空位可以填充有各種能級。 而空位L電平產生的光子和它們的能量用於在診斷成像中使用太小。 每個特徵能量被賦予一個指定指示軌道，其中一個空缺，以示出所需要的電子源的索引。 阿爾法（α）表示填充電子從L電平的指數，和β（β）表示M或N的填充水平

• 頻譜鎢。 金屬的特徵輻射產生由若干離散能量的線性頻譜和制動產生連續分佈。 由每個特徵能量產生的光子的數量，其特徵在於，填補空缺K級的概率依賴於軌道。
• 頻譜鉬。 此金屬用於乳房X線照相的陽極，產生兩個足夠強的特性X射線能量：K-α在17.9千電子伏，並在19.5千電子伏的K-beta版。 最佳範圍的X射線管，其允許實現對比度和之間的最佳平衡 的照射劑量 為E處_P = 20keV的實現的平均乳房的大小。 然而軔致輻射產生更多的能量。 在乳房X線照相設備用於除去頻譜使用鉬濾波器的不需要的部分。 該過濾器適用於K-邊緣«原則“。 它吸收在過量的電子在K級鉬原子結合能的輻射。
• 銠的頻譜。 銠具有原子序數45，和鉬 - 42。因此，銠陽極的特徵X射線將具有比鉬和更直觀的略高的能量。 它用於成像緻密乳房。

雙表面區域，鉬，銠陽極，使操作員能夠選擇用於不同尺寸和密度的乳房優化的分佈。

在頻譜KV的影響

KV值極大地影響特徵輻射，即K.它不會產生如果少KV K-能級的電子。 當KV超過該閾值，輻射的量一般正比於所述差值和所述閾KV管KV。

從裝置發射的X射線束的光子的能量頻譜是由幾個因素決定的。 作為一項規則，它由軔致輻射和特徵的互動。

光譜的相對組成取決於陽極材料，KV和過濾器。 在具有鎢陽極的發光特性的管沒有在KV <69.5千電子伏形成。 在診斷研究中所用的HF的較高的值，特徵輻射增加了總輻射到25％。 鉬設備可能達到的總發電量的一個大的部分。

效率

僅由電子傳遞的能量的一小部分被轉換為輻射。 主餾分被吸收並轉換成熱。 輻射效率被定義為總的分數輻射功率從General Electric賦予陽極。 它決定了X射線管的效率的因素是施加的電壓和KV原子序數Z.下面的近似比率：

• 效率= KV X Z×10 ^-6。

效率和KV之間的關係對實際使用的X射線攝影裝置的特定效果。 由於發熱管的對電功率，他們可以消散的數量的限制。 它規定了設備限制的能力。 隨著KV，但是，所產生的輻射的量通過加熱一個顯著增加。

的X射線產生的在陽極上的組合物中的效率的依賴性僅僅是學術興趣，因為大多數設備中使用的鎢。 一個例外是鉬和銠，在乳房X線照片使用。 這些設備的效率是因為其較低的原子序數鎢顯著降低。

效用

效率X射線管被定義為照射millirentgenah遞送至點在有用光束的中心在1米的距離從焦點為穿過該裝置的每個1的mAs的電子的量。 它的值代表該設備的帶電粒子的能量轉換在X射線輻射的能力。 它允許你以確定病人的曝光，和快照。 由於效率，該裝置的效率取決於幾個因素，包括KV，電壓波形，陽極材料和過濾裝置表面的損傷的程度和使用的時候。

KV-管理

電壓KV X射線管可以有效地控制輸出輻射。 作為一項規則，假定輸出正比於KV的平方。 加倍KV暴露增加4倍。

波形

波形描述了由於功率的循環性質，通過該KV與輻射的產生期間隨時間變化的方法。 使用了幾種不同的波形。 總的原則是：在形狀KV較小的變化，X射線輻射有效地生產。 現代化的設備使用發電機，相對恆定KV。

X射線管：製造商

牛津儀器公司製造的各種裝置，包括玻璃，功率250瓦，4-80千伏電勢時，焦點10微米，寬範圍的陽極材料的，噸。H.銀，金，鈷，鉻，銅，鐵，鉬，鈀，銠，鈦，W.

瓦里安提供超過400不同類型的醫療和工業用的X射線管的。 其他已知的生產者Dunlee，GE，飛利浦，島津，西門子，東芝，IAE，杭州萬東，凱隆等。

在俄羅斯生產的X射線管“斯韋特蘭娜-倫琴”。 除了與旋轉部件和固定陽極公司傳統設備生產控制冷陰極光通量的裝置。 以下設備的優點：

• 在連續和脈衝模式下工作;
• 不存在的慣性;
• 調節LED電流的強度;
• 光譜純度;
• 不同強度的X射線輻射的可能性。