X射线系统构造及主要参数介绍
x线结构与原理要点
第4节X 线成像设备的结构与原理一、X 线的产生装置根据X 线的产生原理，人们研制出了一整套将电能转变为X 线能的装置，该装置是X 线机中最重要 的组成部分。
它能根据不同需要产生量和质可以随意控制的X 线束。
X 线机的结构和形式，随着科学技术的发展和使用要求的不同而有很大差别，但其产生X 线的原理 都是一样的。
X 线机的基本结构如图2-1所示.图2-1 X 线机基本结构框现将各部分原理和作用分述如下。
1. X 线球管X 线球管可谓X 线机的心脏，它是产生X 线的关键部件。
是一个高真空器件，产生X 线的实质是能量转换， 根据产生X 线的条件，高速电子所携带的能量，在遭到急剧阻挡后，大部分转变为热能，很小的一部分能 量转变为X 线，X 线球管是一个转换效率极低的能量转换元件，在此过程中大约有99%左右的能量被转 换成热能而被浪费掉，不仅如此，人们为了解决这大量的热带来的问题又投入了较大的精力去研究如何散 热，尽管如此，X 线的作用和影响仍然是非常重要的。
X 线球管从结构上分为固定阳极和旋转阳极2种。
⑴固定阳极X 线球管 固定阳极X 线球管的阳极固定不动，电子由热阴极发射，具有X 线量和质 可以任意调节的特点。
因其功率小、焦点较大，已满足不了飞速发展的X 线影像技术的要求，目前仅用于 小型和部分中型X 线机中。
①构造与作用 固定阳极X 线球管的结构主要由阳极、阴极和玻璃壁3部分组成，如图2-2所示。
高压电缆 高压发生器图2-2固定阳极X线球管的结构阳极由靶面、铜体、阳极罩、阳极柱4部分组成。
阳极的作用是产生X线，散热，吸收二次电子和散射线。
靶面受电子轰击，而电子动能的约99%转换为热能，只有1%左右转换为X线，故靶面材料多选用高熔点且X线发射率较高的金属鸨制成（熔点为3370℃,原子序数Z=7 4）。
由于鸨的导热率小，故一般通过真空熔焊的方法把鸨靶焊接在无氧铜体上，以便具有良好的散热能力。
阳极罩在靶外面，也由无氧铜制成，其作用是吸收二次电子和散射线。
X射线机基础知识
X射线机基础知识一、概述:1895年11月8日,德国物理学家伦琴在研究阴极射线管中气体放电实验时,偶然发现了X射线。
很快X射线就应用于医学成像,开创了一种内脏器官无创伤影像诊断方法。
X射线是一种波长极短,能量很大电磁波,它除了具有可见光的一般性质外,还具有自身的一些特性,即穿透作用、电离作用、感光作用、荧光作用及生物效应等。
X射线在医学上的应用有三个方面的内容,即X射线诊断、X射线治疗及X射线防护。
用于诊断的X射线机称为诊断X射线机,可以作透视、摄影检查。
X射线透视主要依据的是X射线的穿透作用,差别吸收及荧光作用;X射线摄影依据的是X 射线的穿透作用,差别吸收及感光作用。
X射线摄影检查又可以分为普通摄影、滤线器摄影、断层摄影等几种方法。
二、X射线机高压部件简介(一)X射线管X射线产生需要三个条件:(1)电子源;(2)高速电子流;(3)靶。
X射线管就是据此设计制造的产生X射线的核心器件。
X射线管主要由阴极、阳极和玻璃壳三部分组成,阳极和阴极封装在高真空度的玻璃壳内。
阴极(钨丝)在高温下可发射足够数量的电子,这些电子在阴阳两极高压作用下被加速成为高速电子流。
当高速电子撞击钨靶时,电子动能转换为两部分能量:其中不到1%能量转换为X 射线能量;而99%以上能量转换为阳极热量,加速了阳极靶面的温升。
X射线管分为固定阳极X射线管和旋转阳极X射线管,两者结构区别主要体现在阳极上,前者主要由钨靶面和传热的铜体构成,后者主要由靶面、转子、转轴、定子及轴承组成。
旋转阳极X射线管分为低速管(3000转/分)和高速管(9000转/分)两类。
为减少磨损和防止共振,旋转阳极X射线管一般都有制动装置。
X射线管放置在X射线管管室中,两者之间充满了用于绝缘和冷却的变压器油。
(二)高压发生器高压发生器的主要作用是供给X射线管阴、阳两极直流高压和灯丝加热电压。
其主要由高压变压器、灯丝变压器、高压整流器、高压交换闸、变压器油及封装以上部件的箱体组成。
X线机结构和原理
X线机结构和原理X线机是一种用于产生和利用X射线的设备。
它主要由X射线发生器、X射线探测器和控制系统组成。
X线机结构和原理是通过高速电子与物质相互作用，产生X射线，并利用X射线的特性进行成像和检测。
1.X射线发生器：X射线发生器是整个X线机的关键部分，它能够产生高能量的电子束，使其与物质相互作用产生X射线。
一般而言，X射线发生器主要由高压发生装置、阳极和阴极组成。
高压发生装置通过高压电源产生足够高的电压，使电子在强电场的驱动下加速，形成高速电子束。
该电子束由阳极和阴极之间的压差加速到足够高的速度。
2.X射线探测器：X射线探测器是用来接收和检测被物体吸收或散射的X射线，并将其转换为电信号的装置。
常用的X射线探测器包括电离室、闪烁晶体、数字平板探测器和CCD等。
电离室是一种利用X射线使空气电离并形成电流的探测器。
它主要由两个电极和一个感应装置组成，当X射线通过电离室时，它会使其内部的气体电离，形成电子和离子。
这些电子和离子之间的电流被测量，从而获得X射线信号。
闪烁晶体是一种利用X射线激发晶体中的荧光效应来检测X射线的探测器。
当X射线通过晶体时，它激发了晶格中的原子或分子，使其转移到激发态。
当这些原子或分子返回基态时，会发出特定波长的荧光，该荧光被光电倍增管等装置接收并转化为电信号。
数字平板探测器是一种利用硅探测器或其他半导体材料检测X射线的探测器。
它可以将X射线直接转化为电信号，并通过信号处理系统进行数字化和成像处理。
CCD（Charge-Coupled Device）是一种光学传感器，用于接收和转换光信号为电信号。
它可以将X射线通过荧光屏、透射装置等转化为可见光信号，然后通过光电转换器将光信号转换为电信号。
3.控制系统：控制系统用于控制X射线发生器和X射线探测器的工作，实现对X射线的产生和接收过程的控制。
它主要包括高压电源、低压电源、控制器、数字信号处理器等。
高压电源用于提供高压，使X射线发生器中产生的电子束加速到足够高的速度。
多功能X光机主要技术参数
多功能X光机主要技术参数1.X射线发射系统：多功能X射线机的发射系统包括一个固定或可移动的射线源和相应的电源。
射线源通常是一个射线管，由一个阴极和一个阳极组成，通过高电压来加速电子并产生高能的X射线束。
2.射线控制系统：用于控制多功能X射线机的X射线发射。
控制系统通常包括一个主机和一个操作界面，操作界面允许操作员调整X射线束的参数，如电压、电流和曝光时间。
此外，还可以设置不同的扫描模式和曝光方式。
3.低散射设计：多功能X射线机通常采用低散射设计，以减少散射辐射对患者的影响。
低散射设计可以通过采用特殊的减散射装置，如散射屏蔽器和滤光器，来降低X射线束的散射辐射。
4.患者定位和支持系统：多功能X射线机还配备了用于患者定位和支持的系统，以确保患者在进行扫描过程中的舒适和安全。
该系统通常包括一个患者床、一个定位器和一个支撑装置。
5.影像探测器：多功能X射线机使用各种类型的影像探测器来接收X射线，并将其转换为数字信号以生成影像。
最常用的影像探测器包括平板探测器、CCD探测器和CMOS探测器。
6.影像处理和显示系统：多功能X射线机配备了专门的影像处理和显示系统，用于接收、处理和显示由影像探测器生成的数字影像。
影像处理系统可以进行各种图像增强和图像分析操作以优化图像质量和诊断结果。
7.数据存储和传输系统：多功能X射线机通常包括一个数据存储和传输系统，用于存储和传输生成的影像数据。
这可以是一个本地存储设备、一个网络存储设备或一个云存储设备。
8.辐射剂量监测系统：多功能X射线机配备了一个辐射剂量监测系统，用于监测向患者以及操作员和其他人员发射的辐射剂量。
该系统通常包括一个辐射剂量计和一个辐射剂量监测器。
9.人机界面：多功能X射线机的人机界面是操作员与设备进行交互的界面，通常是一个触摸屏或键盘。
操作员可以通过人机界面来选择扫描模式、调整参数、观察实时影像等。
10.安全系统：多功能X射线机配备了一系列安全系统，用于保护患者和操作员的安全。
X射线机原理及构造
X射线机原理及构造X射线机是一种能够产生和发射X射线的设备。
它利用了X射线的特性，能够穿透物体并在感光介质上产生可见的影像。
在医疗诊断、工业检测和科学研究等领域都有广泛的应用。
X射线机的基本原理是利用电子在高速运动过程中释放出的能量转化为X射线。
构造上，它通常包括电源、电子发射系统、高压发生器、X射线管和辅助设备等几部分。
电子发射系统是X射线机的核心部分。
它由一个阴极和一个阳极组成，这两个部分之间加有一定电压差。
当电压足够高时，阴极上的电子会被加速并越过阳极，形成一束高能电子。
这些电子进入X射线管后与阳极材料（通常为钨）相互作用，使得部分电子能量转化为X射线。
高压发生器是提供电子发射所需电压的装置。
它通常由变压器和整流装置组成，可以将低电压转换为高电压，以满足电子发射系统的需求。
高压发生器还可调节电压和电流的大小，以控制X射线的质量和强度。
X射线管是X射线机中的关键部件。
它由一个金属外壳、阴极和阳极组成。
当高能电子撞击到阳极上时，会产生两种类型的辐射：热辐射和特征辐射。
热辐射是由于电子与阳极材料碰撞而升高温度导致的空间辐射，其频谱连续且范围很宽。
而特征辐射则是由于电子与阳极原子相互作用而发射出的能量固定的X射线。
通过选择不同的阳极材料和电流、电压的大小，可以控制X射线的能量范围和光强。
辅助设备包括X射线束过滤器、X射线接收器等。
X射线束过滤器用于过滤掉低能量的X射线，以减少对人体的伤害。
X射线接收器通常采用感光胶片或数码探测器，用于记录并产生可见的X射线影像。
总结起来，X射线机利用电子的高速运动产生高能电子，并将其能量转化为X射线。
通过控制电压、电流和阳极材料的选择，可以调节X射线的强度和质量。
X射线机的构造主要包括电子发射系统、高压发生器、X 射线管和辅助设备等。
它在医学、工业和科学研究领域都有广泛应用，帮助人们进行诊断、检测和研究工作。
X线机结构和原理(技术材料)
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从作用的物理过程来说，高速电子与靶 原子相互作用存在以下四个物理过程， 电离、激发、弹性散射和韧致辐射。具 体分析如下。
（－）电离
原子的外层价电子或内层电子在高速 电子作用下完全脱离了原子轨道，使原 子变成离子，称为电离。
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高速电子的动能转化为以下三部分：一 部分能量消耗在内、外层电子的脱出功， 这部分能量暂时“储存”在原子内，将 伴随着发射光学光谱（由外层电子轨道 跃迁产生）和标识X射线（由内层电子轨 道跃迁产生），以光能的形式释放出来； 另一部分转化为二次电子（被击出的轨 道电子）的动能；第三部分转化为出射 电子的动能，出射电子以较低能量，并 改变方向射出。然后与其它原子或原子 核发生作用……。
X线的生物效应归根结底是X线的电离作 用造成的。
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X线机的基本结构
固定阳极X线管 一、构造和作用 固定阳极 X线管的结构由阳极，阴极和
玻璃壳三个部分组成，如图1一1 所示。
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图1-1
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阳极由靶面、铜体、阳极罩、阳极柱共 四部分组成。阳极的作用是产生X线、散 热、吸收二次电子和散射线。
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从以上四种作用的物理过程看出：高速 电子与阳极靶原子“撞击”的结果，产 生两种类型的光辐射。一种是波长在可 见光、红外线、紫外线附近的光学光谱。 另一种是X线。X线依其产生的机理不同， 又有两种成份，一种是高速电子与原子 内层电子作用所产生的标明元素特性的 标识X线；另一种是高速电子与核电场作 用所形成的韧致辐射，这是一束连续X线。
（5）干涉、衍射、反射、折射作用： 这些作用与可见光一样。在X线显微镜、 波长测定和物质结构分析中都得到应用。
x射线机的组成
x射线机的组成X射线机是一种专用的医疗设备，用于产生和使用X射线来进行医学影像诊断。
它由一系列关键组成部分组成，每个部分都扮演着特定的角色，以确保设备的正常工作和影像质量。
以下是X射线机的主要组成部分：1. X射线管：X射线管是X射线机的核心部件，负责产生X 射线束。
它由阳极和阴极组成，当阴极开始发射电子时，这些电子会加速到阳极，与阳极发生碰撞产生X射线。
X射线管通常由金属材料制成，如钨，因为它具有良好的热传导性和高熔点。
2. 高压发生器：高压发生器提供高电压以驱动X射线管。
它能够将低电压电源提升到数万伏特，这样电子就能够获得足够的能量以产生高能量的X射线束。
高压发生器通常由变压器和整流器组成。
3. 控制台：控制台是操作X射线机的主要界面。
它由控制按钮、控制面板和显示屏组成，用于设置和调整相关参数，如电压、电流和曝光时间等。
通过控制台，放射科技师可以精确控制X射线的输出。
4. 曝光室：曝光室是X射线机的工作空间，用于放置患者和获取影像。
它通常由一个桌子和一个悬臂式X射线管支架组成。
患者需要躺在桌子上，而X射线管可以在不同的角度和位置进行移动，以获得所需的影像。
5. 滤波器：滤波器用于调整X射线束的能量谱。
它可以选择性地吸收低能量X射线，以减少散射和增加对高能量X射线的透射。
滤波器通常由铝或其他合金制成。
6. 数字影像系统：数字影像系统用于捕获和存储X射线影像。
它取代了传统的胶片影像，提供了更高的分辨率和更方便的存储和传输方式。
数字影像系统通常由数字探测器和图像处理软件组成。
7. 安全装置：X射线机配备了多种安全装置，以保护患者和操作人员免受辐射的危害。
例如，X射线机会通过限制曝光时间和控制剂量来确保辐射剂量的安全范围。
此外，还有报警器和辐射屏障等设备用于监测和防止辐射泄漏。
总之，X射线机是由X射线管、高压发生器、控制台、曝光室、滤波器、数字影像系统和安全装置等多个组成部分构成的复杂设备。
每个部分都发挥着重要的作用，确保设备正常工作和良好的影像质量，以帮助医生准确诊断疾病。
X光机的原理及构造
X光机的原理及构造X光机是一种利用X射线通过物体获得其内部结构信息的仪器。
它主要由射线源、物体承载平台、X射线探测器以及显像系统组成。
下面将详细介绍X光机的原理和构造。
1.原理X光机利用X射线的穿透性质，通过物体的吸收和散射来获得其内部结构信息。
当X射线穿过物体时，其中的一部分射线会被物体吸收，另一部分则会通过物体并形成X射线影像。
吸收和散射的程度与物体的密度、厚度以及材料有关。
根据这些信息，可以得到物体内部的结构信息。
2.构造（1）射线源：射线源是X光机的核心部分，它产生并发射X射线。
常用的射线源包括X射线管和放射性同位素。
X射线管是一种通过高压电源将电子加速到高能级，进而撞击金属靶产生X射线的设备。
放射性同位素则是一种利用放射性衰变产生X射线的方法。
（2）物体承载平台：物体承载平台是放置待检测物体的部分，它通常由X光透明的材料制成，如透明塑料或陶瓷。
物体承载平台可以在垂直或水平方向上移动以调整物体与射线源之间的距离。
在实际应用中，物体承载平台还可以具备旋转或倾斜的功能，以便获得更多角度的X射线影像。
（3）X射线探测器：X射线探测器用于接收和测量通过物体后的X射线。
常用的X射线探测器包括闪烁探测器、电离室探测器和固态探测器。
闪烁探测器通过测量X射线所致荧光的强度来获取X射线影像。
电离室探测器则通过测量通过物体的X射线所产生的电离电荷来获得相应的信号。
固态探测器则利用半导体材料的特性，将X射线转化为电荷信号，再通过电子电路进行放大和处理。
（4）显像系统：显像系统用于将X射线探测器接收到的信号转换为可视的影像。
这通常通过一系列电子器件和图像处理算法来实现。
其中，常用的方法包括透射式、反射式和荧光屏式。
透射式显像系统通过透明的薄膜来将X射线影像投射到观察者的眼睛或显示屏上。
反射式显像系统则将X射线影像通过光反射，从而使显像系统更加紧凑。
荧光屏式则是将X 射线影像投射到荧光屏上，并通过摄像机或光电传感器进行捕获和处理。
医用诊断X射线机的组成与主要部件
医⽤诊断X射线机的组成与主要部件医⽤诊断X射线机的组成与主要部件⼀、基本X 线机分为X 线机控制系统（电器部分）和X 线机的执⾏系统（机械部分）。
X 线机的控制系统包括：①X 线管②⾼压发⽣器③控制台④其它电器附件设备X 线机的执⾏系统包括：①诊视床②伸缩吊架装置③滤线器摄影装置④快速换⽚装置⑤断层摄影装置⑥其它机械附属装置控制和执⾏两⼤系统是相辅相成不可分割的两⼤部件，只有同时⼯作时才能发挥X 线机全部作⽤。
⼆、显像装置在临床放射学诊断中，为直接观察和记录X 线影像，通常采⽤检测器来实现，如荧光屏，荧光胶⽚系统或X 线影像增强器电视系统。
①荧光屏荧光屏是常见的简单X 线检测器，它吸收的X 光⼦能量转换为可见光。
平⾯有⼀层粉末状结晶的荧光材料构成，常⽤的荧光材料有硫化锌镉等，将它涂敷在衬底上，⽤⼀种⽩⾊的反光层作中间层。
X 线能量被晶体吸收，晶体原⼦受激，使其跃迁⾄较⾼能级，⽽当电⼦返回到原来能级时，就放射出可见光，可供屏前观察。
②增感屏（胶⽚检测器）X 线影像是⽬前记录影像的常⽤⽅法，摄影胶⽚是主要的记录器。
它是有⼀层醋酸纤维衬底、两边涂敷敏感的乳胶所构成的胶⽚。
单独使⽤时，效果较差，但它与增感屏相结合，有利于提⾼分辨率。
③影像增强器为了增强X 线影像的辉度，便于观察和记录，现代荧光成像系统常采⽤影像增强器并接电视系统。
X 线通过受检体射到影像增强器的输⼊屏上，激发出可见光再作⽤于光电阴极，使之产⽣电⼦，经电⼦透镜系统聚焦和加速后到达输出荧光屏，从⽽获得增强的荧光图象。
三、⾼压发⽣装置⾼压发⽣装置有⾼压变压器、X 线管灯丝变压器、⾼压整流器和⾼压交换闸等⾼压元件，按要求组装后置于⽅形或圆形的钢板制箱体内构成。
箱内充以变压器油，加强元件之间的绝缘，。
A）⾼压变压器⾼压变压器是产⽣⾼电压的器械，为X 线管提供⾼压电能。
其⼯作原理与⼀般变压器相同，但由于运⾏状态较为特殊，因此有以下特点：a) 变压⽐⼤，次级输出电压很⾼。
2018 再谈X射线检测系统构造及主要参数介绍
13 实例：特征分辨率（ feature recognition）比较——D公司与 YXLON Page 27
X射线管核心关键参数—— KV
kV ：衡量加到电子上的能量，KV越高，穿透能力越强
•密度越高的物体需要更高的电压穿透物体 •越厚的物体，需要更高的电压穿透物体
金刚石钻头
柔性电路板
焦点X射线检测系统的主要参数介绍 （再谈） 14
8 X射线系统核心关键参数——用于检测flash memory等芯片lower dose解决方案路 Page 77 - Page 78
焦点X射线检测系统的主要参数介绍 （再谈）
12
子目录：X射线系统核心部件——X射线管的参数
说明：本章节将会涉及如下内容；如果您感兴趣，请逐一了解 1 2 3 4 5 6 7 8 9 KV 管电流（tube current) 和管功率 （tube power） 靶电流 （target current）和靶功率( target power) 管电流（tube power) 与靶电流 ( target power) 关系 靶电流测量 如何判断X射线生产厂家靶功率参数是否真实？ 焦点尺寸 (focus port size） 焦点尺寸与几何阴影关系 空间分辨率（spatial resolution） Page 14 Page 15 Page 16 Page 17 Page 18 Page 19 Page 20 Page 21 Page 22 Page 23 Page 24 Page 25 – Page 26 Page 28 Page 29 Page 30 Page 31
说明： • 不同厂家的灯丝和射线管的价格不一样，因此，每小时使用成本会有变化 • 用户需要问供应商报价，自己重新核算
医学影像系统原理2X射线
X射线的衰减公式
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光电吸收
光电吸收引起的衰减系数与物质的原子序数的四次方 成比例. 对高原子序数的物质影响较大.
+ ++
X-Ray
康普顿散射(Compton Scattering)
Incoherent Scattering 对x射线衰减的影响最大
E 0.02411 cos
hc
在实际应用中，常用质和量来表示X射线强度。X线的 质（线质），一般用于表示X线的硬度，即穿透物质的 能力，它代表光子的能量。
X线的质仅与光子能量有关，能量越大，X线的波长越
短，穿透力越强， X线的质越硬；反之，X线的硬度就
小。X线管发出的是波长不等的连续X线谱，其质很难
用一个数值来表示，由于X线的光子能量是由管电压决
栅控X线管 软X线管 金属陶瓷X线管
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X射线产生器
X 线发生器由高压变压器、灯丝变压器、高压整流器和 高压交换闸等构成，组装于钢板制成的箱体内，箱内充 以起绝缘作用的变压器油。
高压变压器是产生高电压并为X线球管提供高压电能的 器件。
3．电离作用（ionization action） 物质受到X线照 射，原子核外电子脱离原子轨道，这种作用称电离作 用。
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X射线化学效应
1．感光作用（sensitization action） X线照射 到胶片，由于电离作用，使胶片上的卤化银发生光化 学反应，出现银颗粒的沉淀，称为X线的感光作用。由 于X线穿透人体后的强度分布不同，使卤化银的感光度 发生差异，经显影后产生一定的黑化度，显示出人体 不同密度的影像。如X线摄影和工业探伤。
定的，所以在实际工作中，一般用管电压(kV)数值间
接表示X线的质。
X射线衍射仪基本构成及工作原理
X射线衍射仪基本构成及工作原理目前的X射线衍射仪主要由X射线源、样品台、测角器、检测器和计算机控制处理系统组成。
同时使X射线管和探测器做圆周同向转动，探测器的角速度是X射线管的2倍，这样可以使二者永久保持1:2的角度关系。
探测器的作用是使X射线衍射强度改变为相应的电信号，普通采纳的是正比计数管，通过过滤器、定标器等处理后终于得到衍射强度为2θ的衍射曲线。
1. X射线源 X射线源由X射线管、高压发生器和控制电路组成。
X射线管主要分密闭式和可拆卸式两种。
广泛用法的是密闭式，由阴极灯丝、阳极、聚焦罩等组成，功率大部分在1～3kW。
可拆卸式X射线管又称旋转阳极靶，其功率比密闭式大许多倍，普通为12～60kW。
常用的X射线靶材有W、Ag、Mo、Ni、Co、Fe、Cr、Cu等。
挑选阳极靶的基本要求是，尽可能避开靶材产生的特征X射线激发样品的荧光辐射，以降低衍射花样的背底，使图样清楚。
在可拆卸式的X 射线源中还包括一套真空系统。
最容易、常用的密闭式X射线管暗示图21-3所示。
运动电子的能量大约惟独1％改变为X射线，其余绝大部分改变为热能，因此需要冷却阳极靶材，所以密闭式X射线管的功率为1～3kW。
因为样品的衍射强度与入射X射线的强度成正比，所以可采纳旋转阳极靶材的技术，使得靶面上受电子轰击的部分不停变更，有效提高冷却效果，增强X射线的强度，最大功率可达l00kW，尤其是在晶体结构的精修、薄膜材料的晶体结构表征中用法较多。
2.测角器测角器是X射线衍射仪的核心部件，由光源臂、检测器臂和狭缝系统组成。
测角器又分为垂直式和水平式。
在水平式测角器上，样品垂直放置，样品制备较为烦琐；在垂直式测角器上，样品水平放置，对样品制备要求低。
狭缝系统用于控制X射线的平行度，并打算测角器的辨别率，包括索拉光阑(也称索拉狭缝)、发散狭缝、接收狭缝、防散射狭缝。
图21-3 密闭式X射线管 3.检测器检测器普通有NaI 晶体闪耀计数器、Si (Li)固体探测器、Vantec-1一维探测器、LynxEye 探测器。
试验X射线成像设备主要部件介绍
实验一、X射线成像设备主要部件介绍一、实验目的1、了解X射线球管结构原理；2、了解平板探测器结构原理；3、X射线成像系统的操作方法。
二、实验内容X射线产生的宏观设备器件是X射线球管，其主要组成部件如图1所示。
通电加热的灯丝释放电子，经高电压加速后撞击到目标靶面上，产生X射线。
通电加热的灯丝称为阴极（Cathode），被轰击的目标靶面为阳极（Anode），被加速的电子流为管电流（Tube current），用于加速电子的电压为管电压（Tube voltage）。
为防止电子与气体分子的相互作用，X射线球管的玻璃外壳内部被抽成真空。
图1包含旋转阳极和加热灯丝的X射线球管简图1、X射线球管（1）电子源（阴极）图2阴极组件结构X射线球管灯丝需要采用高熔点金属材料，如钨（熔点3370o C）。
通过量级为几安培的电流来加热灯丝，使得电子以一定的电流密度逸出。
球管灯丝往往被安装在一个带负电的聚焦罩中，如图2所示。
由于电子间存在相互排斥的库仑力，电子流在向阳极运动过程中趋于发散。
聚焦罩主要是防止电子流发散，起到电子聚焦作用。
另一个作用是防止二次电子的危害。
所谓二次电子，是指阳极发射或反射回来的电子。
当阳极温度较高时，会有部分电子发射出来。
二次电子撞击灯丝时可能会使其断裂。
聚焦罩和灯丝等元件一起称为阴极组件。
（2）阳极靶阳极靶材料的选择会影响X射线产生的效率和能量特征。
在固定管电压和管电流的情况下，原子序数越高，单位时间内韧致辐射产生的X射线光子就越多。
图3 阳极靶结构正常工作时，靶面轰击点的温度高达2700o C，仅略低于钨的熔点3300o C。
所以，在球管设计中，阳极散热是一个十分关键的技术问题。
通常的做法是将钨靶嵌入到导热性能好的铜质阳极体中，如图3所示。
为了增大受热面积，在大功率球管中往往采用旋转阳极靶。
将阳极和阳极体制作成圆盘状，在电动马达的带动下以2800-8500 r/min的速率下高速旋转，从而使电子撞击的能量均匀分布在整个靶面上。
X线影像设备的构成
X线影像设备的构成1. 概述X线影像设备是一种常用于医疗诊断和治疗的设备，通过使用X射线技术来观察和捕捉人体内部的影像。
它由多个重要组成部分组成，以确保准确和清晰的影像结果。
本文将介绍X线影像设备的主要构成和功能。
2. X射线发生器X射线发生器是X线影像设备的核心部件之一。
它产生X射线，并将其通过X射线管束传输到病患身体部位。
X射线发生器通常由高电压电源和X射线管组成。
高电压电源为X射线管提供所需的高电压，使其能够产生高能量的X射线。
3. X射线管X射线管是X线影像设备的另一个重要组成部分。
它由阴极和阳极组成，通过电子加速和碰撞产生X射线。
当电子从阴极射向阳极时，它们会与阳极材料产生碰撞，释放出X射线。
4. 支架系统支架系统是用于固定X射线发生器和探测器的重要组成部分。
它由电机、轨道和伸缩臂等组成，可以根据需要移动和定位X射线发生器和探测器。
通过支架系统，医生可以选择不同的角度和位置来获取适合诊断的影像。
5. 探测器探测器是用于接收和记录X射线通过人体产生的影像的设备。
它可以是传统的胶片式探测器，也可以是现代的数字探测器。
传统的胶片式探测器使用感光胶片记录影像，而数字探测器将影像转化为数字信号，并通过计算机系统进行处理和存储。
6. 遮挡器和过滤器遮挡器和过滤器用于控制X射线的传播和强度，以获取更清晰的影像。
遮挡器可以阻止X射线传播到不需要成像的部位，从而减少辐射剂量。
过滤器则用于调整X射线的能量和吸收性能，以优化影像的对比度和细节。
7. 控制系统控制系统是用于控制和操作X线影像设备的关键部分。
它包括控制面板、触摸屏和计算机系统等。
通过控制系统，医生可以调整X射线的参数，如曝光时间、电压和电流等，以获得最佳的影像质量。
8. 显示器和存储系统显示器和存储系统用于查看和存储X射线影像。
显示器通常是高分辨率的液晶显示器，可以清晰显示影像细节。
存储系统可以将影像保存为数字文件，并通过计算机网络进行传输和共享。
x射线衍射仪基本结构
x射线衍射仪基本结构
X射线衍射仪的基本结构包括以下几个主要部分：
1. X射线发生系统：这是X射线衍射仪的“太阳”，负责产生X射线。
它通常由X射线管和高压变压器组成，X射线管中阴极通电后产生电子云，经高压电给予增加能量形成高速运动的电子撞击阳极金属靶上，经与金属靶材料发生作用而激发出特征X射线。
2. 测角仪：这是X射线衍射仪的核心部件，其制作较为复杂，直接影响实验数据的精度。
测角仪负责测量2θ和获得衍射信息。
3. X射线探测系统：这个系统负责测量和记录衍射信息，通常包括探测器、计数器等部件。
4. 光路系统：包括滤波片（单色器）和狭缝系统，用于控制X射线的方向和强度。
5. 记录和自动保护系统：负责记录实验数据和保护仪器免受损坏。
这些部分协同工作，通过X射线照射到晶体物质上，由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成，这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有相同数量级，故由不同原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关不同的晶体物质具有自己独特的衍射样，这就是X射线衍射的基本原理。
X射线机原理及构造
X射线机原理及构造一、X射线的发现1895年德国物理学家伦琴(W．C．RÖntgen)在研究阴极射线管中气体放电现象时，用一只嵌有两个金属电极(一个叫做阳极，一个叫做阴极)的密封玻璃管，在电极两端加上几万伏的高压电，用抽气机从玻璃管内抽出空气。
为了遮住高压放电时的光线(一种弧光)外泄，在玻璃管外面套上一层黑色纸板。
他在暗室中进行这项实验时，偶然发现距离玻璃管两米远的地方，一块用铂氰化钡溶液浸洗过的纸板发出明亮的荧光。
再进一步试验，用纸板、木板、衣服及厚约两千页的书，都遮挡不住这种荧光。
更令人惊奇的是，当用手去拿这块发荧光的纸板时，竞在纸板上看到了手骨的影像。
当时伦琴认定：这是一种人眼看不见、但能穿透物体的射线。
因无法解释它的原理，不明它的性质，故借用了数学中代表未知数的“X”作为代号，称为“X”射线(或称X射线或简称X线)。
这就是X射线的发现与名称的由来。
此名一直延用至今。
后人为纪念伦琴的这一伟大发现，又把它命名为伦琴射线。
X射线的发现在人类历史上具有极其重要的意义，它为自然科学和医学开辟了一条崭新的道路，为此1901年伦琴荣获物理学第一个诺贝尔奖金。
科学总是在不断发展的，经伦琴及各国科学家的反复实践和研究，逐渐揭示了X 射线的本质，证实它是一种波长极短，能量很大的电磁波。
它的波长比可见光的波长更短(约在0．001～100nm，医学上应用的X射线波长约在0．001。
～0．1nm 之间)，它的光子能量比可见光的光子能量大几万至几十万倍。
因此，X射线除具有可见光的一般性质外，还具有自身的特性。
二、X射线的性质(一)物理效应1．穿透作用穿透作用是指X射线通过物质时不被吸收的能力。
X射线能穿透一般可见光所不能透过的物质。
可见光因其波长较长，光子其有的能量很小，当射到物体上时，一部分被反射，大部分为物质所吸收，不能透过物体；而X射线则不然，咽其波长短，能量大，照在物质上时，仅一部分被物质所吸收，大部分经由原子间隙而透过，表现出很强的穿透能力。
4-X线管的结构及其参数
i 医用诊断Ｘ线管的结构及其参数 X 线管是X 线机及CT 机的重要组成部分之一, 其基本作用是将电能转换成为X 线能量(尽管转换的效率很低). 全面了解其结构、规格和特性, 对于正确使用X 线管和正确判断其故障, 具有特别重要的意义. 这里提供给大家一些基本理论, 足够用了!一. 固定阳极X 线管( Fixed Anode X-Ray Tube )固定阳极X 线管目前用于牙科机、乳腺机(MGU-)和移动机(SXT-).结构如图. 主要由阳极、阴极和玻璃壳三部分组成.1. 阳极: 主要由阳极头、阳极帽、可伐圈、阳极柄四部分组成. 如图所示.阳极头: 靶面附于其上,具有良好的散热性能.阳极帽: 用于吸收二次电子和部分散射X线.可伐圈: 用于解决玻璃和金属的过渡连接.(热膨胀系数不同)阳极柄: 将阳极产生热量传导出去(传给冷却油).2. 阴极: 主要由灯丝、阴极头、阴极套和玻璃柱等组成.①灯丝: 灯丝由钨制成, 其作用是发射电子. 灯丝通电加热后, 温度逐渐上升, 到一定值时开始发射电子. 在一定范围内, 灯丝电压愈高, 通过灯丝的电流就愈大, 灯丝温度亦愈高, 发射电子数量愈多. 因此, 调节灯丝温度即可改变管电流.值得注意的是, 当温度升至2400~2600K时, 温度稍有增加, 发射电流却增加很多, 由150mA/cm2猛增至700mA/cm2; 这在调整X线机管电流时应特别注意.灯丝加热电压一般为5~10V, 电流多为3~6A. 一般来说只能更换相同型号的管球, 即使型号相同, 其灯丝特性也不尽相同, 必须重新调整灯丝加热数值, 以确保管电流值在误差范围内.②阴极头: 在阴极头中装置灯丝的地方被加工成圆弧直槽或阶梯直槽, 以形成一定的电位分布曲线, 对电子进行聚焦, 故称聚焦槽或集射槽.阶梯直槽的情况参见下图.ii3. 玻璃壳:通常采用熔点高、绝缘强度大、膨胀系数小的钼组硬质玻璃制成. 管内真空度应保持在10-6mmHg以上.二. 旋转阳极X线管( Rotating Anode X-Ray Tube )与固定阳极X线管相比, 旋转阳极X线管除阳极结构有明显不同外, 其余差别不大. 阳极主要由靶面、转子、转轴、轴承套座、玻璃圈等组成.iii1. 靶面:靶盘的中心固定在钼杆上, 钼杆另一端与转子相连. 靶面有一定的倾斜角(靶角Target Angle), X线常用的靶角有8°、10°、11°、12°、12.5°、16°几种.目前使用的大部分是钼基或石墨基铼-钨合金靶面. 实际上铼-钨合金靶层只有几百微米的厚度. 靶盘的直径从50mm~140mm不等.值得注意的是, 旋转阳极X线管负荷时, 靶面的散热主要依靠热辐射, 效率较低. 因此, 连续负荷时整个靶体的温度将很高. 对于大功率X线管升温过快会影响靶体的寿命, 适当的训练是十分必要的.iv2. 转子: 转子由无氧铜管制成, 可以看作无数载流导体的组合. 在转子周围加一旋转磁场后, 转子发生转动, 其转速如下式:n = 120f / p (转/分)式中n为转子转速, f为电源频率, p为定子极数(一般为两极). 由于存在转差率, 实际转速要比计算值低10%左右. 一般有两种转速, 低速2800转/分(50Hz)和8500转/分(150Hz), 并由阳极启动器(Starter)控制.轴承润滑剂都采用固体润滑材料, 如二硫化钼、银、铅等.三. 特殊X线管( Special X-Ray Tube )1. 栅控X线管是在X线管的阴极和阳极之间加上一个控制栅极,当栅极加上一个相对阴极灯丝而言一定大小的负电位或负脉冲电压时, 管电流被截止, 当负电压或负脉冲消失时, 管电流导通.栅极与灯丝很近, 加工精度要求高, 并对电子流有阻碍作用.2. 软射线X线管具有X线输出窗的固有过滤小、低KV时产生较大管电流和焦点小的特点.①铍窗目前, 软X线管的输出窗大多用铍制成.②钼靶阳极靶面使用金属钼.③极间距由于管电压低, 为改善灯丝发射特性, 要缩短极间距.3. 金属X线管 X线管中有一部分钢制管壳, 且金属壳接地. 大部分大功率X线管都为金属管. 此类X线管由于输出窗不透明, 就不能从外部观察灯丝状态.四. X线管的规格( Specification )1. 构造参数阳极靶面倾角、有效焦点尺寸、外形尺寸、重量滤过当量、冷却和绝缘形式、阳极转速、最大允许工作温度等.2. 电参数 最高管电压、最大管电流、最长曝光时间.3. X线管的特性①阳极特性曲线: 是在X线管灯丝加热电流为某一定值时, 管电压Ua与管电流Ia的关系曲线.由于空间电荷的影响, 该曲线分为比例区(OA段)和饱和区vvi (AB 段)两部分. 灯丝加热电流愈大, 空间电荷愈多, 使管电流达到饱和的管电流也愈高.②灯丝发射特性曲线: 是指在不同管电压下, 灯丝加热电流与管电流的关系.从曲线可见, 若要得到同一管电流, 在100KV 时要比60KV 时所需加热电流为低; 在同一加热电流时, 100KV 获得的管电流较60KV 的大.4. X 线管的容量 是指一次曝光中X 线管无任何损坏的情况下所能承受的负荷量. 亦可用曲线表示.X 线管容量的计算一般由下式计算:P(KW) =UI/1000U(KV)为管电压有效值; I(mA)为管电流有效值.vii5. X 线管的生热与冷却特性X 线管的实用热单位用HU 表示, 1HU = 1KV ×1mA ×1s.三相全波整流: HU = 1.35×KV ×mA ×sec.电容充放电式: HU = 0.7×C(E 12－E 22).X 线管的生热与冷却特性曲线如图所示.五. X 线管的焦点( Focus Spot )1. 实际焦点 是指灯丝发射的电子经聚焦后在靶面上的轰击面积.2. 有效焦点 实际焦点在X 线管轴垂直方向上的投影.有效焦点面积 = 实际焦点面积×sin θ.3. 焦点尺寸 由于阴极在制造过程中存在着加工误差, X 线管焦点的实际尺寸与标称尺寸之间允许存在误差. 国际电工委员会(IEC)的336/1982号出版物中规定了焦点标称值与允许值. 有效焦点标称值为一无量纲的数, 而目前仍用习惯标注法, 如2mm ×2mm 、0.3mm ×0.3mm 等.4. 焦点增涨 当管电流增大时由于电子之间库仑斥力的作用, 焦点尺寸会增大, 特别是小焦点.5. 焦点的测量 IEC 的规定有以下方法:①狭缝方法( SLIT )②星型卡方法( STAR CARD )③小孔成像法( PIN HOLE )要注意的是日本不使用SLIT 方法, 而国内检测会使用此法.viii六. X 线管管套( X-Ray Tube Housing )X 线管管套是放置X 线管的一种特殊容器. 均为防电击、防散射、油浸式.按照不同用途、不同功率X 线管的冷却方法亦不同, 主要有强制风冷( Forced Air )、热交换器冷却( Heat Exchanger )和水冷( Water Cooling )几种. 下图是一种靠热交换器冷却的X 线管.Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ。
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平板探测器
X射线
数码相机工作过程: 1.X射线被CMOS感应 S根据X射线密度形成电子数字信号 3. COMS将数字信号送到电脑,变成图片.
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YXLON. The reason why
X射线检测系统的重要参数------平板数字接收器
优点
平板探测器
X射线
1.整个系统的像素实际上由CMOS直接决 定, CMOS像素即为图象像素 2.实时数字成像. 3.整个系统实际是数字转换过程. 4图像信号只有一次转换
X射线检测系统的重要参数------最大视野范围（FOV）
探测器外观尺 感应X射线的区域 如果FOV为42mm*42mm，最
寸
（最大视野范围） 大可以拍摄的PCB尺寸？
Hale Waihona Puke 最大视野范围定义：探测器的整个区域， 并不能全部感应X射线， 只有中间部分区域可 以感应X射线区域。该 有效区域叫：最大视 野范围
金刚石钻头
柔性电路板
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X射线检测系统的重要参数---靶电流 ( target power)
靶电流 µA(靶功率 W) 靶电流定义：逸出灯丝的电子到 达靶上总和 靶功率定义：靶电流＊ＫＶ值
特点： 靶电流越大，Ｘ射线功率越强， 通过探测器获得的物体黑白对比度 越好
电子逸散
管电流＝管壁电流 ＋ 靶电流
电子束加速
管功率＝管壁功率 ＋ 靶电流
聚焦线圈 阳极
因管壁电流不会产生Ｘ射 线因此，管电流（管功率 只是一个参数，没有意 义）。有意义的是靶功率
靶
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X射线Photons (X-rays)
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X射线检测系统的重要参数---焦点尺寸 (focus port size X射线焦点尺寸定义 (FOCUS PORT): 电子束被聚焦后，打在X射线球管上 靶的实际面积 焦点尺寸是用来测量X射线球管性能 的一个标准
例如：灰度等级为25 色，即从最黑到最白，分为25个色区。如下 图
最黑
最白
X射线检测系统通常用“位”表示。如 8位：说明从黑到白，分为256个色区，即2的8 次方
16位：说明从黑到白，分为65536个色区，即2的16 次方
histogram
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YXLON. The reason why
焦点尺寸: •决定X射线检测系统可以检测到的物体最小缺陷 •焦点越小,可以检测到的缺陷越小 •焦点尺寸随着靶功率增加而增大
YXLON. The reason why
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X射线检测系统的重要参数---焦点尺寸 (focus port size
焦点尺寸: •决定X射线检测系统可以检测到的物体最小缺陷 •焦点越小,可以检测到的缺陷越小 •焦点越小，图像越清晰 •系统最小检测能力=焦点的一半 •焦点尺寸大，将造成几何阴影
Filament Grid
Target
内部结构示意 YXLON. The reason why
外观
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X射线检测系统的重要参数--- ＫＶ
kV ：衡量加到电子上的能量，ＫＶ越高，穿透能力越强 •密度越高的物体需要更高的电压穿透物体 •越厚的物体，需要更高的电压穿透物体
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Brand: JIMA MASK Use: resolution Test Pattern Specification:
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X射线检测系统的重要参数------灰度等级
灰度等级定义：衡量X射线检测系统形成黑白对比度的能力，灰度 等级越大，系统生成的照片黑白对比度越高，越方便用户观看。
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X射线检测系统的重要参数------平板数字接收器
优点
平板数字探测器
2维X射线原始照片（示例）
•探测器如果使用平板数字探测器，所拍摄的2维X射线照片没有 •几何阴影，图像变形
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线的定义： 在1mm的线段中，按顺序排列黑线和白线。每根黑线和白线 是等宽。在1mm的线段中有多少根黑线或白线，就有多少对线对。如果 说100lp/mm,则每根线宽度为：1000/100/2=5um
•平板探测器：大于100lp/mm •影像增强器：小于70lp/mm
用途：
线对数说明探测器本身的分辨率，相对数越 大，说明探测器本身分辨率越高，性能越好。
•X射线检测系统的根本目的：通过将物体局部放大，来检测缺陷 •几何放大倍数越大，可以检测物体最小缺陷能力越强。例如：看 一个5um的缺陷，几何放大倍数不到1000倍，在X射线照片中看不 到
.)
如何计算系统的最大放大倍数 系统最大放大倍数= （探测器最大运动距离+ 射线管最大运动距离） / 最 小的物距（射线管到物体最近距离即 FOD）
YXLON. The reason why
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Focus spot size
X射线检测系统的重要参数---X射线焦点尺寸大小与靶的功率的关系 随着X射线靶上的功率增加,焦点尺寸的将增加
1. 原因:
开管设计的X射线管必须保持真 空状态.靶是密封材料之一.
随着靶的功率增加,在靶上产生的 热量增加.靶的温度也随着增加
A
焦点为2个微米
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B
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焦点为5个微米
X射线检测系统的重要参数---X射线焦点尺寸大小与靶的功率的关系
散热层：250um 铝层
纵切面
靶层：5um钨层
•散热层：单位面积散热能力有限，当受热超过每秒散热的能力，散 热层会熔化，射线管没有真空，系统不工作。 •设计保护： •当靶功率超过一定功率，将会将焦点尺寸放大，增加散热面积，确 保靶不烧穿 •随着X射线靶上的功率增加,焦点尺寸的将增加
系统放大作用：系统放大，不能实质上物体的放大倍数，只是原有 图片像素的放大。造成图像清晰度降低。因此，没有什么作用。
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实 物
几何放大：小 几何放大：大
系统放大效果
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X射线检测系统的重要参数---探测器 用途： 相当于X射线感应器，感应穿过物体X射线X射线强度。并根据各部位X射 线强度，给与不同的黑白值（灰度等级）
X射线系统构造及主要参数介绍
唐立云 2008/12/20
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YXLON. The reason why
1
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Ｘ射线检测系统的基本构造 （开放式Ｘ射线管）
铅房：防止Ｘ 射线泄路，一 般为两层不锈 钢板＋６到８ mm的铅板（Ｆ ＥＩＮＦＯＣ ＵＳ） 探测器：用于 感应Ｘ射线强 度及产生黑白 信号给电脑
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X射线检测系统的重要参数---细节分辨率 (Detail detectability) •系统细节分辨率=焦点的一半 意思： 如果焦点尺寸为2微米，理论最小可以看见一个微 米的缺陷 （行业规定）
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为了确保靶不会融化,当靶上功率 达到一定数值,必须增加焦点尺寸, 扩大靶的散热面积.
因此,随着靶上功率增加,必须人 为的增加焦点尺寸
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什么是纳米级的射线检测系统？ 是否在靶功率为5瓦，焦点仍然小于1 微米
•焦点尺寸可以小于1个微米的，我们叫纳米检测系统 •一般在靶功率小于1W的时候，技术上可以做到小于1个微 米 •当靶功率大于1瓦时，肯定不能小于一个微米
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X射线检测系统的重要参数------旋转平台 样品可以做平面360度旋转。主要用途： •芯片检测中，将交叉绑定线图像分离，分 析绑定线是否短路
芯片检测中，将交叉绑定线图像分 离，分析绑定线是否短路
射线管：产生 Ｘ射线
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载物台： 放置样品，并在 检测中移动样品
高压发生器：产 生高压１６０Ｋ Ｖ，并对整个系 统供电 高压电缆：
抽真空系统： Ｘ射线管必须工 作在真空状态
高压电缆：
Ｘ射线检测系统的重要部件－－－射线管 （开放式Ｘ射线管） •工作状态：在真空下工作，如果不是真空，灯丝将会烧断
考虑到X射线几何放大倍数， 当射线管和探测器在最低位 置时，可拍摄PCB尺寸最大。 因探测器不可能紧贴靶，因 此，几何放大倍数必然大于 1。最大可拍PCB尺寸小于 42mm*42mm
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X射线检测系统的重要参数------线对 （LP/mm）
YXLON. The reason why
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X射线检测系统的重要参数--- 系统放大倍数Total magnification (max）
系统放大倍数 (m)定义：物体通过Ｘ射线检测系统，由于系统的几何放 大作用，物体Ｘ射线照片图像被光学放大，被放大的照片导入电脑，通 过电脑的数字放大，得到数字放大的照片。该照片与相应实物尺寸比
X射线吸收物质
t
用途： 靶电流与图像的黑白对比度有关
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高靶功率 YXLON. The reason why
低靶功率
X射线检测系统常用参数之一 －－－－管电流（tube current)