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医学成像技术 生物医学工程091班作业 一 什么是有效焦点和实际焦点 两者有什么关系 实际焦点 X射线管阳极电子流经聚焦后在阳极钨靶上的瞬间轰击面积 实际焦点的形状取决于灯丝的形状与大小以及X射线管阳极的倾斜角度 实际焦点的宽度与聚焦罩的形状 宽度和深度有关 实际焦点大 它可承受的功率就大 X射线管的容量就打 可以缩短曝光时间 有效焦点 X射线管阳极有不同的倾斜角度 因而实际焦点面向X射线照射方向的投影 不止一个 实际焦点在垂直于X线管长轴方向的投影叫标称焦点 两者的关系符合 有效焦点 实际焦点 Sin 是X射线投照方向与X射线管长轴方向垂直时的靶角 不能太小 否则投射方向的X射线大量减少 一般为15 20 二 旋转阳极X射线管的结构及其优点 一 旋转阳极管的简介旋转阳极球管旋转阳极球管是在大功率X光机出现以后出现的一种高性能的球管 这种球管能在小的焦点下使用更大的电流进行工作 从金属散热的角度分析 任何金属对热的传导都有热阻 球管在小焦点大电流工作的情况下 在阳极靶面会产生高温 如果电子束固定在一个位置不断的轰击 靶面很快就会熔化 如果我们让靶面活动起来 是电子束不断的变换轰击位置 就可以是球管在更大的电流下工作 是靶面受到电子束轰击的位置产生的热量有足够的时间向金属内部传导 靶面就不会出现熔化问题 二 散热对旋转阳极球管来说尤其重要 1 需要说明的是 X线球管的阳极工作在真空中 散热条件很差 现在大功率球管在曝光时的功率可以达到60千瓦以上 其中99 5 的功率变成了热 只有0 5 的功率转变为X射线 所有的热都会留在阳极上 散热对旋转阳极球管来说尤其重要 1 旋转阳极的转速 目前的球管旋转阳极转速都在3000转以上 高速旋转阳极球管可达到7200转 超高速的球管目前可达到1万转以上 球管阳极的转速是根据球管的焦点电流密度设计的 同样管电流的球管 焦点越小 要求球管旋转阳极的转速越高 对于应用来说 球管的焦点越小 性能越好 这是因为焦点越小 所投射的半影也越小 所得到的图像也越清析 但球管的制造难度也越大 2 散热对旋转阳极球管来说尤其重要 2 2 旋转阳极球管的结构与固定阳极球管的结构差别主要是在阳极上 旋转阳极是一个带轴的圆盘 根据不同的用途选用不同的靶面材料 如乳腺X光机球管一般采用钼靶 CT机球管采用的是钨靶 为了提高整体的散热能力 靶面材料被镶嵌在铜制的盘座上 整个靶通过轴承固定在管芯支架上 旋转阳极使整个球管技术含量最高的部分 a 要求靶面金属必须与靶基材料结合非常良好 在两种金属的结合部不允许有空腔和气泡 这是因为成品的球管里面是高真空 球管里面的任何封闭的空腔与气泡都会残留气体 这些残留的气体会在球管工作中高温与震动的作用下 逐步的释放出来 造成真空度下降 使球管火 造成球管提前报废 b 要求球管靶面的材料必须是高纯度 靶面材料的纯度越高 所发出的X线频谱越窄 杂波X线越少 球管的品质越高 c 旋转阳极必须做严格的动平衡校正 动平衡的不良会使球管阳极在转动时噪声加大 降低球管的使用寿命 同时也会使输出的X线减少 d 旋转阳极的轴承工作在真空高温状态下 工作时的温度在二百度以上 动平衡要求严格 精度要求很高 旋转阳极的轴承目前只有德国生产 e 球管是一个真空电子管 在很高的工作电压下工作 对球管内的真空要求很高 这就要求球管内的所有部件在球管封装前 必须作严格的脱氧及除气处理 这样才能保证成品球管的真空度 阳极的旋转是靠加在管芯外面电机定子线圈产生的旋转磁场进行驱动 所说的旋转阳极的轴 实际上是一个磁滞式电动机的转子 只不过它是被密封在真空里 旋转阳极的功能是在电子束流的轰击下产生X射线 阳极在电子束流的轰击下 在阳极的表面会留下电子束轰击的轨迹 阳极在旋转方面的任何故障 都会造成阳极表面的损伤 阳极表面金属的熔化会产生金属蒸汽 从而破坏球管内的真空 造成球管的内部打火 使球管报废 3 旋转阳极球管的阴极是一个直热式真空管的阴极 它的灯丝由钨制成 旁边加有控制电子射线角度和方向的束流罩 用它来控制球管焦点的大小 双焦点的球管有两组这样的灯丝阴极 阴极的功能是产生电子束流来轰击阴极 阴极的灯丝是在高温下工作的 长期的工作会使灯丝的金属挥发 在电子束发射的过程中也会有部分的灯丝金属离子随着电子束流被发射到阳极上面 因为阴极电流是从灯丝上发射出去的 阴极电流在流过灯丝时也会使灯丝的温度提高 灯丝温度的提高会使阴极电流进一步的提高 根据这一特性 一般在设计直热式阴极灯丝时 其灯丝电流必须比阴极发射电流大十倍以上 这样才能使球管工作稳定 长时间工作后灯丝会不断的变细 灯丝电流会不断的减小 而从灯丝上蒸发出来的金属气体 也会使球管真空度下降 出现打火故障 无论是阳极还是阴极蒸发出来的金属气体 都会像水蒸气一样在球管较冷玻壳上的凝聚 使球管的玻壳像用久了的电灯泡一样变成黑色 二 旋转阳极X线管 1 特点瞬时负载功率大 焦点小 2 结构 由阳极 阴极和玻璃壳三部分组成 阳极 靶面 转子 转轴 轴承 1 靶盘与靶面 钨靶的缺点 由于表面与内层之间温差所产生的热应力 容易使靶面产生裂纹 另外 钨在1100 以上会发生再结晶 将使靶面使用不久就会出现表面龟裂 粗糙现象 致使X线管辐射X线的能力下降 铼钨合金优点 靶面晶粒细 在相同使用条件下 曝光2万次 铼钨合金靶与纯钨靶进行比较 输出剂量分别下降13 和45 2 转子 转速 单相异步电动机原理 旋转磁场 N 60F P 额定转速暴光 旋转阳极X线管的X线机均设有旋转阳极启动 延时 保护电路 制动 惯性导致净转 磨损 缩短X线管的寿命 3 轴承与轴承的润滑少量由阳极靶面传导过来的热量则大部分通过转子表面辐射出去 旋转阳极X线管 依靠热辐射进行散热 散热效率低 连续负荷后阳极热量急剧增加 靶盘温度不断上升 先进X线机的X线管装置内设有温度限制保护装置 对X线管给予相应的保护 固定阳极X线管的散热方式 热传导 三 中 高 频逆变式高压发生器的原理和优势 高频X射线高频高压发生器的特点 1 X射线性能稳定成像质量及效率高 1 X射线性能稳定成像质量及效率高 2 曝光时间精确 曝光时间的重