X线发生装置剖析

焦点小会产生什么问题？
小焦点---影像清晰。 但是焦点越小，在焦点上集聚的能量越高，产生的 热量也就越高。因为只有约１%的电能转化为X射 线的能量，99%以上的能量转化为热能。 最终将导致焦点面熔化。 解决办法： 双焦点技术、旋转阳极技术和水或油循环冷却技术
双焦点技术
功率较大的Ｘ线管为了协调不同功率与焦点 的关系，阴极装有两根长短和粗细都不同的灯丝， 长的灯丝加热电压高，辐射热电子多，形成大焦 点；短的灯丝加热电压低，辐射热电子少，形成 小焦点，这种Ｘ线管称为双焦点Ｘ线管。
阴极
固定阳极X线管的阴极结构
灯丝
由钨制成（发射电子能力强、高温下不易蒸 发、良好的延展性、容易加工成细丝），其作用 是辐射热电子。灯丝通电后，温度逐渐升高，到 一定温度（约2100K）后开始辐射热电子。 灯丝发射电流与温度有关，温度低于2400K时， 随着温度升高，发射电流增加较慢；温度高于 2400K时，灯丝温度稍提高一点，发射电流即增 加很多。
X射线与物质相互作用


A) 光电吸收：物质原子完全吸收光子能量，原 子中的电子被高速轰出，原子被电离； B) 康普顿散射：物质原子部分吸收光子能量， 入射X射线以较低的能量射出，同时还有高速电 子，原子同样被电离；
X射线与人体相互作用


X射线强度随入射深度呈指数衰减； 与物质密度有关，密度越大，对X射线衰减越多， 如骨骼中的钙和磷等，对X射线吸收较多，而肌肉 中含有的氢、碳和氧等对X射线吸收较少。碘、钡 通常用作造影剂。 与X射线能量有关，能量越大，被吸收和散射的越 少，穿透力越强。
钼靶辐射Ｘ线波谱

软Ｘ线管特点
Ｘ线输出窗的固有过滤小（铍窗）；低管电压时能产生 大管电流；焦点小

0.03mm钼片过滤
对0.063nm以下Ｘ线强烈选择吸收，吸收0.07nm以上 较软Ｘ线
ＣＴ用Ｘ线管 主要参数



管电流100~600 mA 管电压100~140 kV 扫描时间0.5~7 S
通常ＣＴ扫描一层图像需数百mAS，为了满 足诊断需要，要连续数十层扫描，故ＣＴ用Ｘ线 管要有大的热容量。所以ＣＴ管结构、靶面材料、 灯丝热变形系数、旋转轴承的自由膨胀系数、高 温下的真空保持等，都要求有特殊的工艺措施才 能保证在上述严格条件下正常运转。 靶面采用新型复合靶结构，大体积石墨基以 增大热容量，外壳多为金属或陶瓷材料，配有油 循环系统以尽快散热。

0.2mm焦点，腹部血管造影放大2倍； 0.1mm焦点，手、足血管造影放大3倍
软Ｘ线管
对乳房等软组织Ｘ 线摄影时，普通Ｘ线管 得不到满意效果。为提 高Ｘ线影像的对比度， 须用大剂量软Ｘ线。 软组织摄影最适宜 波长为0.06~0.09nm， 软Ｘ线管可辐射出波长 为0.063nm和0.07nm的 特征Ｘ线。摄影时主要 利用钼靶辐射的特征Ｘ 线。
栅控Ｘ线管
栅控Ｘ线管是在普通Ｘ线管的阳极和阴极之 间加了一个控制栅极。
栅控X线管的阴极结构
栅控X线管控制原理
当栅极对阴极加一个负电压（-2~-5kV）或 负脉冲电压时，阴极发射的热电子完全飞不到阳 极上，不产生Ｘ线。负电压或负脉冲电压消失时， 产生Ｘ线。由于脉冲电压信号无机械惯性延时， 控制灵敏，因此可实现快速连续Ｘ线摄影，摄影 频率可达200帧/秒。
能量不同
70,000 V
110,000 V
当X射线穿出人体。。。
拍胸片时，只有约1%的X射线穿出人体； 散射射线的危害：形成噪声并显著降低图像对比 度； 胶片感光，为什么到达胶片的射线越多，冲洗之 后的胶片越黑？



加与不加滤线栅
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什么使胶片发黑？
X射线对人体的影响
剂量与危害
X射线对人体
第二章 X线发生装置
第一节 第二节 第三节 第四节 X射线产生原理及性质 X线管 高压发生器 控制台



第一节 X射线产生原理及性质
X射线产生原理


电子源； 高压电场及真 空； 适当的阻挡物 (金属靶面)来 承受高速电子 的能量，使高 速电子所带的 动能转变成X 线。
X射线的基本性质
旋转阳极实验装置
金属壳旋转阳极球管
靶面与靶盘

靶盘直径70~150mm 钨制成——表面龟裂、粗糙，辐射Ｘ线能力下降
表面与内层间温差产生热应力，靶面产生裂纹；钨在1100 度以上发生再结晶，表面龟裂

铼钨合金靶面，钼或石墨靶基——表面龟裂、粗 糙减轻，热容量大，有效提高Ｘ线管连续负荷能 力（50kW，1*1mm焦点）
金属陶瓷大功率Ｘ线管将玻璃壳改为由金属 和陶瓷组合而成。金属部分位于Ｘ线管中间并接 地，以吸收二次电子，焦点处开有铍窗以使Ｘ线 通过。金属靠近阴极一端嵌入陶瓷内，金属靠近 阳极一端嵌入玻璃壳中。玻璃与陶瓷部分起绝缘 作用． 解决了普通Ｘ线管由于管壁击穿而损坏的问 题，可将灯丝加热到较高温度，以提高Ｘ线管的 负荷。
水或油循环冷却技术
在CT中使用油循 环X线管 在心血管造影X线 机中使用水循环X 线球管
真空 油
特殊Ｘ线管



金属陶瓷大功率Ｘ线管 三极Ｘ线管 软Ｘ线管 ＣＴ用Ｘ线管
金属陶瓷大功率Ｘ线管
玻璃球壳Ｘ线管缺点
用硬质玻璃制成的Ｘ线管，随着Ｘ线管使用 时间增长，由于灯丝蒸发和阳极靶面龟裂处钨蒸 发，会使玻璃壳内壁附着一层金属钨的沉积物， 沉积层与阳极相连形成第二阳极，致使一部分高 速运动电子轰击玻璃壳使其侵蚀，最终导致玻璃 壳击穿，Ｘ线管损坏。
X射线的量
X射线的量是指单位时间内通过X射线入射 方向的垂直的单位面积内的X射线光子数的多少。 通常用管电流 I (mA)和曝光时间t(s)的乘积来描 述。即毫安秒(mAs)。
质和量对胶片曝光的影响
X-Ray质
--- 由KV 决定，高KV质高， 低KV质低，
代表X线的穿透力(对比度)。
X-Ray量 --- 由mA(X线量)和s(曝光时间) 决定 表明曝光总量(黑化度)。



X射线撞击原子，使其电离，被轰电子又有可能 撞击其他原子，单个光子可能造成成百上千个生 物分子电离； 被电离的分子，处于不稳定状态，可能发生化学 反应； DNA是细胞增殖、遗传的物质基础，是引起细胞 生化、生理改变的关键性物质；


若受损DNA还能自我复制，则可能形成肿瘤或白血病； 若卵细胞或精子受损，则他们的后代可能异常； 若胎儿的DNA受损，则发育畸形。
灯丝点燃时间越长，工作温度越高， 钨的蒸发越快，灯丝寿命越短。缩短灯丝 的点燃时间可延长灯丝的寿命。如果灯丝 电流比额定值升高5%，灯丝寿命缩短一半， 所以灯丝加热电流应严格限制在额定值以 下，同时应尽量缩短高温点燃时间。
阴极头
对灯丝发射电子进行聚焦。将灯丝装 入一个用镍或铁镍合金等制成的长方形罩 中，该罩称集射罩。集射罩具有与灯丝相 同的负电位，并借其几何形状，达到聚焦 目的。
铼钨合金靶面晶粒变细，抗热胀性提高，再结晶温度上升

靶面上开细膨胀缝，消除机械应力，减轻龟裂
散热与温度保护
旋转阳极Ｘ线管与固定阳极Ｘ线管的散热方 式不同，靶面受高速运动电子流轰击所产生的巨 大热量主要依靠热辐射进行散热，散热效率低， 连续负载后阳极热量急剧增加，靶盘温度不断上 升。为防止由此造成的Ｘ线管损坏，有些Ｘ线机 的Ｘ线管装置内设有温度限制保护装置，以保护 Ｘ线管。
固定阳极X线管的靶面静止不动，高速运动的电子流 总是轰击在靶面固定的同一位置上。由于单位面积上所承 受的最大功率是一定的（200W/mm2），所以固定阳极Ｘ 线管的功率是有限的。
二次电子
高速运动的电子流轰击靶面时，会有少量的 电子从靶面反射和释放出来，这部分电子称为二 次电子。二次电子有害无益，其能量较大（约为 原能量的99%），轰击到玻璃壳内壁上，将使玻 璃壳温度升高而释放气体，降低管内真空度或使 玻璃壳击穿；二次电子再次被阳极吸引轰击到靶 面上时，由于没有经过聚焦，将辐射出非焦点散 射Ｘ线，使Ｘ线影像质量下降。
阳极帽
阳极帽固定在阳极上，并罩在靶面的四周， 与阳极同电位，故可吸收50%~60%的二次电子， 并可吸收一部分散射Ｘ线，从而保护Ｘ线管并提 高影像质量。
阳极柄
阳极柄固定Ｘ线管并将曝光时产生的热量传 导出去。它与阳极头的铜体相连，其管外部分浸 在油中，通过与油之间的热传导，将靶面的热量 传导出去。
栅控X线管可制成没有实体栅极而有特殊形状 的聚焦杯。负偏压较低时，一部分电子飞向阳极， 聚焦形成窄电子流，获得很小的焦点，即微焦点 （可获得0.1*0.1mm的微焦点）。微焦点Ｘ线管 常用于放大Ｘ线摄影。栅控X线管瞬时曝光时间临 界值为1ms，灯丝发射特性差，不能产生大的管 电流，不适用于大功率Ｘ线机，主要应用于Ｘ线 电影摄影、Ｘ线电视。

优点
结构简单、价格低

缺点
焦点尺寸大、瞬时负载功率小
在小型Ｘ线发生装置中仍被采用
旋转阳极技术
通过阳极旋转来扩大焦点面积，提高球管的散热率， 从而提高球管的功率。
旋转阳极球管的靶面
旋转阳极球管
旋转速率有2700rpm、8500rpm(3倍频)，甚至16000rpm(6倍频)。
旋转阳极Ｘ线管较好地解决了提高功率和缩小焦点之 间的矛盾，其最大优点是瞬时负载功率大、焦点小。功率 多为20~50kW，高者可达150kW，是固定阳极Ｘ线管的 5~9倍。有效焦点为1~2mm，从而大大提高了影像清晰度。
名 称 最短波长 管电压(kV) 2.5～ 0.62 0.62～ 0.12 0.12～ 0.05 5～40 40～150 150～250 250以上 用 途 滤过板材料 胶纸板 铝 铜 锡、铅
极软X射线 软X射线 硬X射线
软组织摄影、表皮 治疗 透视和摄影 较深组织治疗 深部组织治疗