X射线球管工作原理

X 射线球管工作原理射线球管工作原理 分析文档分析文档 目录 文档说明 4 一 X 射线的产生 5 二 固定阳极管 5 三 旋转阳极管 6 四 X 线管的基本特性 7 五 特殊 X 线管 8 1 三级 X 线管 9 2 金属陶瓷大功率 X 线管 9 3 软组织摄影用 X 线管 9 文档说明文档说明 一 一 X 射线的产生射线的产生 在高度真空的 X 射线管中产生的 是高速电子与阳极靶面相互作用的结果 高速电 子与核电场作用形成辐射 产生一束连续 X 线 X 线由于波长短 能量大 穿透作用强 将穿过 X 管壁 油层 滤过板而射向人体 用作治疗或诊断 高速电子与带有一定夹角的阳极靶面撞击 产生的 X 射线通过 X 射线出口进入束光 器供医疗使用 如图所示 束光器又称缩光器 主要作用 1 指示投照中心和照射野的大小 2 避免不必要 的 X 线照射 3 吸收散射线 提高影像清晰度 X 线的产生效率随管电流和靶材料原子序数的增加而成正比例增加 管电压不仅影响 X 线的量 也影响 X 线的质 X 线产生的效率比较低 同时 X 线的利用率也比较低 通常 在 X 线诊断和治疗中 从 X 线管窗口射出被利用的那一部分射线 仅占阳极靶面产生 X 线额 10 以下 其余 90 以上的 X 线都被 X 线管的管壁和管套吸收或散射掉了 通常 X 线管可分为固定阳极管和旋转阳极管 二 固定阳极管二 固定阳极管 固定阳极管 X 线管的结构由 阳极 阴极 和 玻璃壳 三个部分组成 如图所示 阳极由靶面 铜体 阳极罩 阳极柱 4 部分组成 作用是产生 X 射线 散热 吸收二 次电子和散射线 阳极柱由紫铜制成 将铜体引出管外 通过与油之间的热传导把热量传 导出去 阴极由灯丝和集射罩组成 作用 发射电子和聚焦 使打在靶面的电子束具有一定的 形状和大小 形成 X 线管的焦点 灯丝由钨制成 用来发射电子 调节灯丝温度即可调节 管电流 从而调节 X 射线的量 但是灯丝点燃时间越长 工作温度越高 蒸发速度越快 灯丝寿命越短 为了适应同一个 X 线管不同使用功率的要求 现代球管一般装配长短两根灯丝 形 成双焦点 X 线管 阴极具有三根线 其中一根为公用线 其余为大小灯丝的另一根引线 集射罩与灯丝的一端相接 从而获得与灯丝相同的负电位 并借其几何形状 迫使电子 成束状飞向阳极 到达聚焦效果 玻璃壁也称管壳或管壁 作用是支撑阴阳两级和保持管内真空度 电子轰击在靶面上的面积成为实际焦点 实际焦点在 X 线投照方向上的投影称为有效 焦点或目视焦点 有效焦点尺寸越小 影像清晰度越高 焦点中央辐射强度越强 其影像 分辨率越高 高斯 矩形 双峰 医学用 X 线的焦点一般是双峰 有效焦点的大小与 X 线管的管电流和管电压有关 管电流一定 管电压越高 焦点 尺寸越小 管电压一定 管电流越小 焦点尺寸越小 三 旋转阳极管三 旋转阳极管 工作原理 从偏离管子中心轴线的阴极发射出来的电子 轰击在转动的靶面上而形成 X 射线 高压直流电源直接加于球管的阳极和阴极之间 用来产生电场 为电子加速 灯丝电 源加于球管阴极 使灯丝加热 为高压提供电子 旋转阳极电源加于球管阳极 提供球管 阳极的启动和维持电压 使阳极旋转 避免损伤球管阳极 旋转阳极的最大优点是功率大 焦点小 组成 阳极 阴极和玻璃壳 阳极 靶面 转子 轴承和定子 散热方式 热辐射 优点 由于热量被均匀地分布在一个转动的圆环面积上 使单位面积上的热量大大减 小 因而大大提高了 X 线管的功率 同时 在一定的负载功率下 阳极倾角可以大大减小 从而有效焦点变小而大大提高了影像清晰度 四 四 X 线管的基本特性线管的基本特性 阳极特性曲线 灯丝电流一定时 管电流与管电压的关系曲线 如图所示 灯丝发射特性曲线 指在一定管电压下 管电流同灯丝加热电流的关系曲线 灯丝加热特性 是指灯丝加热电压同加热电流的关系 一般成正比关系 1 最大管电压 指加于阴阳两极的最高电压 和球管长度 形状 介质等有关 2 球管容量 负荷量 是 X 射线管在安全使用条件下 一次曝光或积累曝光而无任何损坏时候能承 受最大负荷量 P UI 1000 式中 P 为功率 KW U 为管电压有效值 KV I 为管电流有效值 mA 在不同整 流方式对应不同的换算关系 比如单相全波整流电路 管电压有效值为峰值的 0 707 倍 管电流有效值为平均值的 1 1 倍 X 线管的负载特性 负载的分类 瞬时负载和连续负载 瞬时负载 作用数毫秒到数秒 受靶面熔点决定 连续负载 作用时间 10s 以上 瞬时负载功率或容量表示 也常用瞬时负载曲线来表示 连续负载用热容量来表示 或直接标明连续使用的最大功率 3 热容量 连续敷在 作用时间在数秒以上长时间的负载 生热过程 在连续负载的作用下 扩散到阳极各部分的温度将不断上升 冷却过程 同时通过热传导和热辐射方式使热量不断散失的过程 连续负载允许的最大热容量用热单位 HU 表示 一热单位为单相全波整流 高压电 缆少于 6 米 1KV 峰值 1Ma 平均值 1s 时 阳极所产生的热量 即 1HU 1KV 1mA 1s 0 77J 五 特殊五 特殊 X 线管线管 与普通旋转阳极 X 线管基本相似 但有其特殊性 a 阳极靶盘直径大 120mm b 转速高 c 靶角小 9 14 d 常与一个热交换器配合使用 1 三级三级 X 线管线管 三极 X 线管是在 X 线管的阳极与阴极之间加一个控制栅极 当控制栅极加上一个对阴 极而言的负电位 2 5kv 或负脉冲电压时 管电流被截止 当负电位或负脉冲消失 管电 流导通 X 射线发生 优点 由于脉冲电源无运动的惯性 因此三极 X 线管能实现快速断续 X 线摄影 用途 不仅应用于电影摄影 X 线机 还用于电容充电式 X 线机 2 金属陶瓷大功率金属陶瓷大功率 X 线管线管 a 用金属外壳代替玻璃外壳 加大外壳强度 b 用陶瓷作电极支座 提高了绝缘性 c 采用特殊的液态金属代替阳极的锟球轴承 增加了热传导面积 提高了冷却能力 d 热容量可达 5 2MHU 以上 而且能在 1 秒没快速启动 3 软组织摄影