X射線管(一)X射線管的原理及分類

2021-02-18 圖騰動物影像

       X射線管,俗稱球管,是DR的核心構成部件之一,是產生X線的元件,其作用是將電能轉化為X線,它的好壞直接關係到DR產品的圖像質量以及產品的整體壽命,我們今天就給大家簡要介紹下X射線管的工作原理、分類、主要參數指標及常見故障。本次介紹分三個題目:(一)X射線管的原理及分類、(二)如何評價X射線管的好壞、(三)X射線管的常見故障及日常維護。本次介紹題目(一)X射線管的原理及分類。

      X射線管的基本原理:使用加速後的高能電子撞擊金屬靶面,從而產生X射線。X 射線管包含有陽極和陰極兩個電極,分別作用用於靶材和發射電子的燈絲。燈絲加熱後,電子活性增加產生游離電子,經過陽極與陰極之間千伏級的電壓差加速,電子以高能高速的狀態撞擊靶面,其運動突然受到阻止,其動能的一小部分便轉化為輻射能,形成X射線。

      X射線的波長範圍約在0.001~10納米,在醫學上應用的X射線波長約在0.001~0.1 納米之間。那我們是如何使我們X射線的波長符合我們醫療使用呢?我們主要控制:高能電子和靶面的材料。

🔷控制高能電子

     在靶面材料相同的情況下,撞擊靶面的電子動能越高,產生X射線波長越短,穿透力越強。我們通過調整加載在陰極和陽極之間的電壓來控制高能電子攜帶的動能,從而可以調整X射線的穿透力。

🔷靶面材料

     相同動能的電子撞擊不同靶面時產生的X射線的波長不同,比如鎢、鉬、銠等等。我們DR攝影領域主要以鎢及其合金為靶面,產生0.062~0.012nm的射線。

       在電子轟擊靶面的時,除產生X射線外,90%的能量會轉換為熱量,從而使靶面溫度急劇升高,為此我們根據陽極類型,將常見X射線管分為旋轉陽極X射線管和固定陽極X射線管兩類。

🔷固定陽極X線:靶面靜止不動,電子流總是轟擊在靶面的同一位置上。

        固定陽極X射線管是常用X射線管中最簡單的一種,其結構由陽極、陰極和固定兩極並保持玻璃管內高真空的玻璃殼等三部分組成。陽極由陽極頭、陽極帽、玻璃圈和陽極柄構成。陽極的主要作用使由陽極頭的靶面(一般選用鎢靶)阻擋高速運動的電子流而產生X射線,並將由此產生的熱量輻射或者通過陽極柄傳導出去,同時也吸收二次電子和散亂射線。陰極主要由燈絲、聚焦罩(或者稱為陰極頭)、陰極套和玻璃芯柱等組成。轟擊陽極靶的電子束,就是靠熱陰極的燈絲(一般都是鎢絲)發射出來,在鎢合金X射線管高電壓加速下經聚焦罩(陰極頭)聚焦形成的。高速運動的電子束撞擊陽極靶而突然受阻則產生了某段能量連續分布的X射線。

       由於單位面積上所承受的最大功率是一定的,所以固定陽極X線管的功率是有限的。現在DR領域最大的固定陽極X射線管,功率為5kW,且大焦點普遍在2.8以上,臨床使用局限性較大。

🔷旋轉陽極X線球管:靶面旋轉,電子流可以轟擊在靶面的不同位置上。

       旋轉陽極X射線球管,其結構也是由陽極、陰極和固定兩極並保持玻璃管內高真空的玻璃殼等三部分組成,它與固定陽極X射線管的區別就在陽極上面。其陽極由靶面、轉子、定子、軸承組成。旋轉陽極X射線管靶面採用錸鎢合金製作在轉子上面。軸承起到支撐轉子的作用,與玻璃管相對固定。定子與玻璃管固定在一起。轉子和定子通電後,轉子相對定子高速旋轉,從而帶動靶面高速旋轉(現在最高轉速甚至達到17000rad/m以上)。由於高速運動的電子流轟擊靶面所產生的熱量,被均勻地分布在轉動的圓環面上,因為承受電子流轟擊的面積因陽極旋轉而大大增加(實際焦點的尺寸不變、空間位置不變),使熱量分布面積大大增加,所以有效地提高了X線管的功率(最高達到100kW),使減小實際焦點、同時適當減小靶角,以使有效焦點減小(100KW時,0.6/1.2的焦點)成為可能。

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