X射线球管工作原理

X射线球管工作原理

分析文档

目录

文档说明 (3)

一．X射线的产生 (4)

二．固定阳极管 (4)

三．旋转阳极管 (5)

四．X线管的基本特性 (6)

五．特殊X线管 (7)

1.三级X线管 (8)

2.金属陶瓷大功率X线管 (8)

3.软组织摄影用X线管 (8)

文档说明

一．X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

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

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．X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X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X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X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.软组织摄影用X线管

具备条件：放射窗的固有滤过要小；

在管电压较低时，能产生较大的管电流，这样可用短时间曝光；

焦点小，以减小几何模糊度

与一般X线管区别：

用铍作为输出窗口

阳极靶用钼制成

由于管电压和管电流较低，需要极间短距离使电场增大，降低空间电荷影响。