射线检测设备与器材

第二章射线检测设备与器材（一）X射线机一、X射线机的分类和发展X射线按能量高低分为：·普通X射线机――管电压≤500KV；·高能X射线机――能量≥1Mev1、普通X射线机的分类：（1）按结构分①携带式X射线机：a管电压≤300KV 电流≤5mAb结构简单，体积小、重量轻、适用高空和野外作业。

②移动式X射线机：a管电压可达500KV 电流较大可达数十mA（通常有两个焦点，对应大、小两个管电流）b结构复杂，体积和重量大、适用固定或半固定使用（2）按使用性能分①定向X射线机：·400左右圆锥角定向辐射、适用定向单张拍片。

②周向X射线机：（平耙、锥耙）·3600周向辐射、适用环焊缝周向曝光。

管道爬行器。

（3）按绝缘介质分·变压器油绝缘――主要在移动X射线机采用（一般用25号变压器油，2.5mm标准间隙测试，耐压50KV）·SF6气绝缘――主要在携带式X射线机采用（4）按频率分·工频（50－60Hz ）――对应油绝缘X 机·变频（300－800 Hz ）――对应气绝缘X 机 ·恒频（约200 Hz ）――对应气绝缘X 机·穿透能力：恒频＞变频＞工频（同管电压、管电流） 2、携带式X 射线机的技术进步 （1）机头小型化、轻量化①用SF 6 SF 6的特点是： a)重量很轻b)绝缘性能好：绝缘强度为变压器油3－5倍，压缩气体绝缘性能更好（机头内压力通常控制在0.34Mpa 3.5Kg/cm 2以上），可有效缩小电器设备体积，但放电会产生白色的有毒的低氟化物。

②提高频率：a)减轻高压包铁心重量 由K-常数， E-感应电动势， f-频率， W-匝数，B-磁通量，S －铁芯面积 , b) 提高X 射线的输出强度单位时间内处于峰值电压的时间增多。

③ 用金属陶瓷管，阳极接地，管子尾部可伸到机筒外 a)减小机头尺寸1fb)可安装风扇有利阳极冷却。

④局部衬铅（2）提高自动化和可靠性（电脑操作系统）3、高能X射线机的分类（1）电子感应加速器（交变脉冲电流、电磁铁和激磁线圈、环形真空管、电子枪、X射线耙、真空泵）（2）电子直线加速器（磁控管－微波源、波导管、电子枪、X射线耙、真空泵）（3）电子回旋加速器（高频交变电源、D型盒、电子枪、X射线耙、真空泵）二、X射线管1、X射线管的分类：（1）按外壳材料分为玻璃管和陶瓷管；（2）按射线辐射角分为定向管、周向管（锥耙和平耙：平耙散热效果好，拍片时焊缝投影倾斜变形，纵向裂纹可能漏捡。

）（3）按特殊使用性能分为微焦点管、棒阳极管、软X射线管、脉冲X射线管、2、X射线管的结构（1）阴极：①灯丝：作用――发射电子材料――钨丝（发射效率高，不易损坏）形状――园焦点（盘香形）；线焦点（螺管形）②阴极头：作用――聚集电子材料――铜（2）阳极：①阳极靶：作用――接受高速电子的轰击，动能约1％转换为X射线（η=K i ZV），99％转化为热能。

材料――钨熔点高（33870C）原子序数大（Z=74）转换效率高，钼熔点（26000C）原子序数（Z=42）标识谱－软X射线②阳极体：作用――支撑靶面、传送靶上的热量。

材料――无氧铜（导热率高）③阳极罩：作用――吸收‘散乱射线’和‘二次电子’（轰击阳极靶产生）材料――通常用钢、钨（提高吸收散乱射线效率），如安装铍窗口（可透过更多的软X射线）（3）阳极的冷却方式：①辐射散热：阳极体尾部装散热片（或风扇）―――用于携带式X射线机②冲油冷却：阳极体为空腔←－循环油←―循环水――――用于移动式X射线机③旋转阳极冷却：阳极高速旋转――增加了散热面（相当静止阳极靶的10倍电流）――用于大电流医疗用X射线机（几百毫安）（4）外壳①作用――保持真空度10－6～10－7mmHg(1.33×10－4 ～1.33×10－5Pa)②材料――耐高温的石英玻璃3、金属－陶瓷管①机械性能好――抗震性强，不会破碎②管内真空度高（10－8－10－9mmHg）――电性能好，寿命长（约为玻璃管的1.2倍）③陶瓷绝缘性能好――管子尺寸小于玻璃管（250KV以上的X管）④容易焊装铍窗口4、X 射线管的技术性能 （1）阴极特性：·定义――灯丝温度与管电流（饱和电流密度）的关系·特点――管电流随灯丝温度升高（发射电子的数量增多）而增大。

（2）阳极特性：·定义――管电压与管电流的关系· 特点――由于X 射线管工作在饱和区，因此要改变管电流只有改变灯丝的加热电流（即灯丝温度或灯丝两端的电压）·结论――X 射线管的管电压和管电流可以独立进行调节。

（实际应用中提高管电压、管电流略升） （3）X 射线管的管电压·定义――指峰值电压（KVp ）表示·电工测量 0.707U U =有效值峰值峰值＝ ·特点――穿透能力与管电压有近似直线关系 （4）X 射线管的焦点·实际焦点――阳极靶被电子轰击的部分（焦点大，散热好；焦点小，几何不清析度高。

） ·有效焦点――实际焦点垂直于管轴线上的正投影·说明书描述的是有效焦点：（在计算几何不清析度时）园焦点――直径；正方焦点――边长； 长方焦点――长×宽/2a b靶·对斜靶X 射线机正投影尺寸：a ,=a ×sin a b 不变。

∴sin S S a ⨯有效焦点实际焦点＝·任意角度的焦点投影： 由 ∴·有效焦点的大小可用针孔成像法测量 ∵∴有效焦点尺寸为（5）辐射场强度的分布·阴极侧强度比阳极侧强，300辐射角最强。

·阴极侧软射线成分多，照相黑度和阳极侧差不多。

（6）X 射线管的真空度（10－6－10－7mmHg ）·定义――X 射线管工作时管内存在吸气和放气两个过程，达到平衡时决定X 管的真空度 ·真空度下降的原因――X 管阳极过热或长期不用的X 射线机。

·训机目的――提高X 管真空度，稳定工作。

·X 射线管真空度测量：用“高频火花真空测试仪”检测采用冷高压试验检测－两极之间放出紫光或淡蓝光则管子漏气（7）X 射线管的寿命·定义――X 射线管辐射剂量率降为初始值的80％的时限（由于灯丝发射电子的能力降低）。

·玻璃管寿命400小时，陶瓷管寿命500小时 ·保证寿命的措施：()sin sin 18070a Aaa =-+⎡⎤⎣⎦sin sin(110)A aaa =-X2112fd L X L =11212f d L X L L =+①送高压前灯丝预热活化②最高管电压控制在90％以内③使用中阳极即时冷却④严格训机三、X射线机的电器原理通常X射线机由四部份组成――高压部分、冷却部分、保护部分、控制部分。

1、高压部分（1）高压发生电路：·X射线管实际上是一个特殊的二极管，工作时管子的两个极需要加上直流高压才能产生X射线，因此必须用二极管整流电路来达到这一目的。

·常用的二极管整流电路有：半波整流、全波整流、倍压整流、恒直流等四种。

①半波整流电路a)半波自整流（用于携带式X射线机）·原理――X射线管本身充当整流管，实现半波整流。

·特点――①X射线管不导通的半周内存在逆电压（2倍峰值电压）的危害，如阳极过热，会出现反向电流，产生不良后果。

②在高压变压器的一次侧安装R/D（逆电压降低电路）可减小逆电压的危害。

b)中间接地双管半波整流·原理――用两个整流二极管和X射线管串联使用，实现半波整流。

·特点――X射线管不导通的半周内用两个整流二极管来分担逆电压，基本消除逆电压的危害。

(但整流二极管尺寸较大，价格较贵)②全波整流电路a)双管全波整流，·原理――利用两个二极管交替导通，实现全波整流。

·特点――整流效果比半波整流好（相当于2倍），但要用两个高压变压器（或者有两组高压线圈）。

b)四管桥式整流·原理――同双管全波整流，·特点――与双管全波整流相比多用了两个二极管，每个二极管的耐压级别可降低一半，高压变压器只需用一个。

③倍压整流电路·原理――利用二极管对电容的充电与电源叠加来达到倍压的目的。

·特点――同样的高压变压器可以实现两倍的高压。

④恒直流电路·原理――用两个对称的倍压电路加上两个大容量的电容来储存能量实现恒定的高压。

·特点――X射线管输出剂量最大。

用于大型移动式X射线机。

（2）高压部分的部件①高压变压器（高压包）：·作用――将输入的电源电压（通常是220V）用变压器提升到几百KV。

·特点――变压器的次级线圈匝数多，线径细（管电流只有几毫安）,层间绝缘要求高。

层间绝缘材料：油机用电容纸、气机用聚酯薄膜或聚压胺薄膜（绝缘性能更好）②灯丝变压器：·作用――将输入的电源电压（通常是220V）用变压器降低到十几伏。

·特点――次级线圈匝数少，线径粗（灯丝电流有十几安）,串接在高压回路里，因此层间绝缘要求高。

③整流管：·作用――将交流转换为直流·特点――耐压级别高，有玻璃整流管（尺寸较大）和硅堆(体积小)两种。

④电容：·作用――在倍压线路里使用，储存能量达到倍压的目的。

·特点――耐压级别高，采用金属纸介电容。

⑤高压电缆·作用――连接高压发生器和射线机头（移动式X射线机）·特点――构造分为七部份：保护层、金属网层、半导体层、主绝缘层、同芯线、薄绝缘层、电缆头。

·半导体层的作用――处于金属网层与主绝缘层（橡胶）之间，为感应电荷提供通道，避免空气放电、橡胶老化。

2、冷却部分（1）机头过热的危害：·X射线管的阳极过热――造成靶面烧损；X管真空度下降、击穿损坏。

·高压变压器过热――绝缘降低，线圈击穿烧坏。

·由于上述原因，及时冷却可以保证X射线机的使用寿命。

（2）冷却的方法·循环油自冷（携带式油绝缘机）：热量→搅拌油泵→均匀内部温差→外壳→空气·强制风冷（携带式气绝缘机）：热量→X管尾部→风扇→空气·循环油外冷（移动式油绝缘机）：热量→阳极体空腔→油→水循环油外冷的冷却系统由七部分组成。

（3）冷却的控制原理为确保冷却能够正常进行，在主控线路里串接了冷却正常运行的开关（温度继电器开关、油通开关、水通开关），当出现异常时，上述开关断开，X机高压自动切断，起到保护X管的作用。

3、保护部分为了确保X射线机正常工作和人身安全而进行的必要设置。