第二章 球管

二、软组织摄影用X线管
1、应具备的条件 （1）放射窗的固有滤过要小。 （2）在管电压较低情况下，能产生较大的管电流，这样 可用短时间曝光。 （3）焦点要小，以减少几何模糊度。 2、与一般X线管的区别 （1）铍输出窗口。 （2）钼靶。 （3）极间短距离。
复习：
1、什么是管电压和管电流？
2、X线管由哪几部分组成？作用分别是什么？
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。 瞬时负载用功率或容量表示，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。
瞬时负载曲线
1、表示某焦点在某种整流方式下，对应一定的管电压（峰 值）时，允许的最大管电流（平均值）与曝光时间之间 的关系曲线。一般取极限值的85%－90%。
（五）焦点的方向性
1、焦点同投影的方向有关：
由于X线呈锥形辐射，所以在照射野不同方向上投影的有效 焦点不同，投影方位愈靠近阳极，有效焦点尺寸愈小；愈靠近阴 极，则有效焦点尺寸愈大（宽度不变）。 若投影方向偏离管轴线和电子入射方向组成的平面，有效焦
点的形状还会出现失真。
2、应使X线中心线应对准影像中心： 保持实际焦点中心、X线输出窗中心与投影中心三点一线。
作用：产生X线、散热、吸收二次电子和散射线。
（二）阴极： 由灯丝和集射罩组成。 作用：发射电子和对电子聚焦。 （三）玻璃壳：
作用：支撑阴阳两级和保持管内真空度。
（一）阳极头
钨靶 承受电子轰击，产生射线，导热率低。
一般为正方形，厚度1.5—3MM之间。
铜体 导热系数大，散热。
把钨靶和无氧铜通过真空溶焊，形成阳极头。
2、阳极部分的组成：靶面、转子、轴承和定子。
3、铼钨合金镶在钼基或石墨基上的优点： （1）晶粒细，抗热胀性提高，再结晶温度上升，不易龟裂。 （2）X线辐射率下降较慢。 （3）大大提高了热容量。
转速：n=120f/p（转/min） 功率：P=K（nd ）1/2 制动：减少空转磨损，避开临界转速。
三极X线管
（二）特性
1．灯丝发射特性
由于栅极负电位对电子流起着阻碍作用，因此栅控X线管的 灯丝发射特性要比一般X线管的差。 获得相同的管电流，栅控X线管的灯丝加热电流要比一般X线 管的灯丝加热电流大得多。
2．截止特性
管电压kV
120
80
40
-3.0
-2.0
-1.0
0
3．时间控制特性
在栅控X线管的栅极和阴极之间加一矩形负脉冲电压，可实 现瞬时曝光。
第二章 诊断用X射线管
2014年5月
学习要点： X线管的组成 X线管焦点 X线管的特性和规格
旋转阳极和固定阳极区别
如何能产生X射线？
X射线的产生 X线产生的条件
高压电场 高速电子流 电子源 阳极靶 真空
X线管
低压电源
高压电源
X射线产生
X射线是在高度真空的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 。
（六）焦点增涨
有效焦点的大小同kV和mA有关： 焦点增涨：kV一定，mA越大，有效焦点尺寸越大 的现象。
原则：在功率满足的条件下，尽量用小焦点
固定阳极x线管的主要缺点
• 焦点尺寸大 • 瞬时负载功率小
固定阳极x线管的主要优点
• 结构简单 • 价格低廉
Βιβλιοθήκη Baidu 第二节
旋转阳极X射线管
固定阳极X线管缺点：
轴承：由耐热合金钢制成，可以承受较高的工作温度 。
轴承的润滑：固体润滑材料，如二硫化钼、银、铅等。选 用不同的润滑材料，转子的静转时间亦有不同。
散热方式
1、固定阳极X线管：热传导。 2、旋转阳极X线管：热辐射。
复习：
1、球管是由哪几部分组成？作用分别是什么？ 2、什么是球管的焦点？如何表示？
2、实际使用要增加一个低kV、小mA的预热过程。
mA 800
60 kV
600
2.0mm 单相全波整流
70 kV 80 kV 90 kV 100k
400
V
200
0 0.01
0.05 0.10
0.5
1
5
10 秒
瞬时负载曲线
2、连续负载特性 是指曝光时间在10S以上，比如透视。
（三）热容量
1、连续负载：作用时间在数秒以上长时间的负载。 2、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。 3、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。
4、阳极和内置球管组件要比常规X线球管小得多，大大延长
的球管寿命从而降低成本。
六、三极X线管 （一）结构
阳极与阴极之间再加一个控制栅极。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： 由于脉冲电源无机械运动的惯性，因此三极X线管能 实现快速断续X线摄影。
球管容量用“代表容量”表示：
P=UI/1000 kW
注意：U和I取有效值，因此，必须考虑整流方式。
球管容量还和曝光时间有关系. 固定阳极：单相全波整流、1s。
旋转阳极：三相六管全波整流、0.1s。
代表容量不是固定值，它与焦点尺寸、整流方式、曝光时间、 阳极转速、Q、焦点面直径等有关。
1.X线管的瞬时负载特性
电子收集
阳极
-150kV 阴极 准直器
X线
单极X线管
五、电子束控金属球管
又称Straton球管，同传统的X线管不同 。
原理
阳极和阴极一起固定在旋转轴上，直接浸泡在绝缘油
中，球管工作时，不再是阳极旋转，而是在马达的带动下 整个球管在旋转。 由于阳极的背面直接靠在管壁上故极易散热，冷却油 通过进出循环直接将热量带走 。
（1）当X线投照方向同线管轴相垂直时，有效焦点
等于标称焦点。
（2）S有一定时，Q越小，实际焦点越大，管热容量
也越大。
标称焦点的容许值变化范围
标称（mm） 容许宽（mm） 容许长（mm）
0.6 0.8 1.0
0.6~0.9 0.8~1.2 1.0~1.4
0.9~1.3 1.1~1.6 1.3~1.8
Higher (5-20) mA – more electron produced Effective X-ray beam (1%)
3
X-rays
现代球管一般有两个灯丝，一大一小，可产生 双焦点。一般有三根引线，其中有根是地线。
现代球管一般有两个灯丝，一大一小，可产生 双焦点。一般有三根引线，其中有根是地线。
2、解决：
在结构上采用大的靶盘直径、厚的钼基或石墨基，小 的靶角，且对轴承及润滑剂提出了更高的要求，并外加散 热系统。
三、双轴承X线管
采用双轴承设计，提高旋转阳极的转速以及牢
固程度，大大提高了球管的寿命和散热速度，也
就相应地提高了热容量。
阳极
轴承1
轴承2
阴极
双轴承X线管
四、单极X线管
采用单极设计，提高旋转阳极的转速以及牢固 程度。阴极接负高压，而阳极和球管的金属外壳 接地，这种设计同样大大提高了球管的寿命和散 热速度，也就相应地提高了热容量。
因阳极焦点面受温度的影响，限制了其功率 。
功率小，无法解决功率和焦点的矛盾。
旋转阳极X线管设计思路：
在不增大焦点面的前提，提高受热面积。
旋转阳极X线管的特性
1、特点：阳极靶面旋转 2、最大的优点：功率大，焦点小。
灯丝
阴极
阳极
定子
转子
旋转阳极X线管构造
旋转阳极X线管的组成
1、组成：阳极、阴极和玻璃壳
一、金属陶瓷大功率X线管
1、用金属外壳代替玻璃外壳，加大外壳强度。
2、用陶瓷作电极支座，可以提高绝缘性能。
3、采用特殊的液态金属代替阳极的辊球轴承，增加 了热传导面积，提高了冷却能力。
4、热容量可达5.2MHU以上，而且能在1秒内快速启 动 。
二、CT用X线管
1、特点： 功率特大，阳极在短时间内将积聚巨大的热量。
偏转线圈的作用
是使电子束达到阳极适当的位置，轰击靶面而产生X线。
由于在X线聚焦上采用了一套先进的电磁控制系统，在偏 转线圈上加上信号，即可以达到改变焦点位置的作用，以 得到飞焦点的目的。
优点
1、阳极直接冷却。
2、冷却效率达到5 MHU/分，不再有阳极的热积累，所以不
再需要阳极热容量。 3、事实上，其阳极热容量接近于0MHU。即使在最大负荷条 件下，球管仍可以即时冷却下来，远远少于进行下次操作 所需要的时间。
2、固定阳极球管有什么优点缺点？
3、旋转阳极球管呢？两者有何区别？
ROTOR
GLASS ENVELOPE
BEARINGS
ANODE
FILAMENT
损坏的球管
第三节
大功率X线管
与普通旋转阳极X线管基本相似，但有其特殊性：
1、阳极靶盘直径大（120mm）
2、转速高
3、靶角小（9°～14°） 3、常与一个热交换器配合使用
（1）最大管电压。
（2）最大管电流。
（3）最长曝光时间。
二、X线管的基本特性
1、阳极特性曲线：灯丝加热电流一定时，管电流与管电压的关 系曲线。 2、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。
3、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、X线管的阳极特性曲线：灯丝加热电流一定时，管 电流与管电压的关系曲线。
1.2
1.2~1.7
1.7~2.4
（三）有效焦点同成像质量的关系
有效焦点 有效焦点
A
B
物体
A
B
A1
B1
胶片
A1 A2
B1 B2
半影
半影
*有效焦点越小，图像清晰度越高。
（四）辐射分布 对成像质量的影 响
双峰分布
1、医学诊断用X 线管的焦点一般 是双峰分布。
矩形分布
2、高斯分布的影 像分辨率最高
高斯分布
四、焦点 （一）实际焦点：电子轰击在靶面上的面积。 （二）有效焦点：实际焦点在X线投照方向上的投影。 标称（有效）焦点：实际焦点在与X线管轴相垂直方向上 的投影。
钨靶 灯丝
有效焦点面
实际焦点面
1、当X线投照方向同线管轴相垂直时，靶面与X线投
照方向的夹角为阳极倾角Q。
2、有效焦点、实际焦点和阳极倾角Q的关系：
管电流？ 调节灯丝温度即可调节 管电流，即X射线的量。 灯丝温度越高，蒸发越 发，寿命越短。
从此曲线上可得到什 么？
灯丝电子发射特性曲线
球管功能
Higher kVp – faster electron produced X-ray release in all directions ee e2 1
3、固定阳极球管和旋转阳极球管有什么区别？
第四节 X线管的规格和基本特性
一、X线管的规格参数 1、结构参数：Q、有效焦点、外形尺寸、重量、 管壁的滤过当量、n、T等。 2、电参数：灯丝加热电压和电流、最大管电压、 管电流、最长曝光时间、最大允许功率、代表 容量等。
3、在调整和使用X线管时，特别要注意：
线性区 饱和区
2、X线管的灯丝发射特性曲线：是指在一定管电 压下，管电流同灯丝加热电流的关系曲线。
电参数
（一）最大管电压
指加于阴阳两极的最高电压，和球管长度、形状、介质等决 定的。
（二）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。 如何增大球管容量？
大焦点和小焦点
（二）阴极头和集射罩
阴极头是由纯铁或镍制成，并开有直槽或阶梯槽，成 为集射罩。
集射罩主要起聚焦电子作用，还起着吸收二次电子
作用。
集射罩
集射罩
三、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。
采用耐高温、绝缘强度高、膨胀系数小的钼组硬质玻 璃制成。
球管真空度保持在10-6mmHg以下。
（二）阳极柄
由紫铜制成，与铜体相连，浸在变压器油中，散热。
（三）阳极帽
什么是二次电子？
二次电子对玻璃壁、阳极靶面不利。
如何消除？
阳极帽！
吸收二次电子和散射线！
二、阴极
组成：灯丝、阴极头、阴极套组成。 作用：发射电子，并对电子进行聚焦。
（一）灯丝 灯丝一般采用高熔点的钨，绕成一定几何形状。
发射电子数量取决于灯丝温度，温度取决于电流。
4、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
X射线的产生装置： X射线管 低压电源E1 高压电源E2
E1低压电源
X 射 线 管
毫 安 计
A K
E2 高 压 电 源
X射线机的示意图
球管
阳极－－阻止高速电子流 阴极－－产生电子
旋转阳极
固定阳极
钨丝
球管
第一节 阳极固定球管
阳极柱 玻璃外壳 阳极罩 灯丝
铜体
钨靶
X线出口
集射罩
阴极
固定阳极X线管由阳极、阴极和玻璃壳组成。 （一）阳极： 由靶面、铜体、阳极罩、阳极柱组成。