Bilang ang X-ray tubes gumagana?

X-ray ay nabuo sa pamamagitan ng nagko-convert ang enerhiya ng mga electron sa photons, na kung saan ay nangyayari sa mga X-ray tube. Dami (exposure) at kalidad (spectrum) radiation ay maaring iakma sa pamamagitan ng pagbabago ng kasalukuyang, boltahe at oras ng instrumento.

prinsipyo ng operasyon

X-ray tubes (photo ibinibigay sa mga artikulo) ay enerhiya converter. natanggap nila ito mula sa network at convert sa iba pang mga anyo - mahayap radiation at init, ang huli ay isang hindi kanais-nais byproduct. X-ray tube aparato tulad na ito ay magpapakinabang sa produksyon ng mga photons at dissipates ang init nang mabilis hangga't maaari.

Ang tubo ay isang relatibong simpleng aparato, karaniwang binubuo ng dalawang pangunahing mga elemento - isang katod at isang anod. Kapag kasalukuyang dumadaloy mula sa katod sa anod, ang mga electron mawalan ng enerhiya, na kung saan ay humantong sa ang pagbuo ng X-ray.

anod

anode ay isang bahagi, kung saan ang pagpapalabas ng mataas na enerhiya photons nagawa. Ito ay isang relatibong napakalaking metal sangkap na kung saan ay konektado sa positibong pol sa mga de-koryenteng circuit. Ito ay may dalawang pangunahing mga function:

• Ito ay nag-convert ang mga elektron enerhiya sa X-ray radiation,
• Ito dissipates init.

Ang materyal para sa anod ay pinili upang mapahusay ang mga function.

Sa isip, ang karamihan ng mga electron ay dapat bumuo ng isang mataas na enerhiya photons, sa halip na init. Ratio ng kabuuang enerhiya, na kung saan ay convert sa X-radiation (COP) ay depende sa dalawang mga kadahilanan:

• atomic number (Z) ng anod materyal,
• electron enerhiya.

Sa karamihan ng mga x-ray tubes bilang isang materyal ng anode ginagamit tungsten, na ang atomic numero ay katumbas ng 74. Bilang karagdagan sa mga malalaking Z, ito metal ay may ilang mga iba pang mga katangian na kung saan gawin itong naaangkop para sa layuning ito. Tungsten ay natatangi sa kanyang kakayahan na mapanatili ang lakas kapag pinainit, ay may isang mataas na temperatura ng pagkatunaw at isang mababang rate ng pagsingaw.

Para sa maraming taon, ang mga negatibong elektrod ay gawa sa purong tungsten. Sa mga nakaraang taon, sinimulan namin upang gamitin ang metal haluang metal na may reniyum, ngunit lamang sa ibabaw. Self anod sa ilalim ng Tungsten-reniyum coating na gawa sa light materyal, mahusay na init-imbakan. Dalawang tulad sangkap ay molibdenum at grapayt.

Ang X-ray tube na ginagamit para sa mammography, ay ginawa gamit ang mga negatibong elektrod, pinahiran na may molibdenum. Ang materyal na ito ay may isang intermediate atomic number (Z = 42), na bumubuo ng mga photons na may katangi-enerhiya, na angkop para sa pag-record ng dibdib. Ang ilang mga mammography aparato ay mayroon ding isang pangalawang anod, nabuo mula sa rodyo (Z = 45). Ginagawa nitong posible upang madagdagan ang enerhiya at makamit ang mas higit na baon para sa siksik na dibdib.

Ang paggamit ng Tungsten-reniyum haluang metal pagbubutihin ang pang-matagalang radiation output - sa oras na kahusayan aparato na may anode gawa sa purong tungsten ay nabawasan dahil sa thermal pinsala sa ibabaw.

Karamihan sa mga negatibong elektrod ay may hugis ng tapered disc at naayos sa katawan ng poste motor, na kung saan umiikot ang mga ito sa relatibong mataas na bilis sa panahon ng pagpapalabas ng X-ray. Ang layunin ng ang pag-ikot - ang pag-aalis ng init.

focal spot

Ang X-ray generation bahagi hindi ang buong anod. Ito ay nangyayari sa isang maliit na lugar ng ibabaw nito - ang focal spot. Mga Dimensyon huling natutukoy sa laki ng mga electron beam na nagmumula sa katod. Sa karamihan ng mga ito ay may hugis-parihaba hugis ay nag-iiba sa loob ng 0.1-2 mm device.

Ang x-ray tube disenyo na may isang tiyak na sukat ng focal spot. Ang mas maliit na ito ay, mas mababa ang paggalaw lumabo at mas mataas na sharpness, at ano ang higit pa, ang mas mahusay na init pagwawaldas.

Focal spot laki ay isang kadahilanan na dapat ay isinasaalang-alang kapag pagpili ng X-ray tube. Manufacturers makabuo ng mga aparato na may maliit na focal lugar, kung saan ito ay kinakailangan upang makamit ang mataas na resolution at maliit na sapat radiation. Halimbawa, ito ay kinakailangan sa pag-aaral ng mga maliit at pinong mga bahagi ng katawan tulad ng sa mammography.

Ang X-ray tube higit sa lahat gumawa focal spot na may dalawang mga laki - malaki at maliit, na maaaring pinili ng operator alinsunod sa mga imahe na bumubuo ng procedure.

katod

Ang pangunahing pag-andar ng mga katod - upang bumuo ng mga electron at pagkolekta ng mga ito sa isang poste nakadirekta sa anod. Ito sa pangkalahatan ay binubuo ng isang maliit na spiral wire (filament) naka-embed sa isang tasa-hugis dakong loob.

Electron pagpasa sa pamamagitan ng mga circuit ay hindi maaaring normal na mag-iwan ng mga konduktor at mag-iwan ng libreng espasyo. Gayunpaman, maaari nilang gawin ito, kung sila makakuha ng sapat na enerhiya. Sa isang proseso na kilala bilang thermal pagpapalabas, ang init na ginagamit upang paalisin ang mga electron mula sa katod. Ito ay magiging posible kapag ang presyon sa isang evacuated x-ray tube umabot 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. Art. Magkuwentuhan ay pinainitan sa parehong paraan tulad ng isang spiral filament lamp sa pamamagitan ng pagdaan ng isang kasalukuyang therethrough. Work katod ray tube ay sinamahan ng pag-init sa isang temperatura luminescence aalis thermal enerhiya mula roon ang mga electron.

lobo

Ang anod at katod ay nakapaloob sa isang selyadong pabahay - cylinder. Ang lobo at ang mga nilalaman nito ay madalas na tinutukoy sa bilang isang insert, na may isang limitadong buhay at maaaring mapalitan. Ang x-ray tube sa pangkalahatan ay may isang baso bombilya, kahit na metal at ceramic cylinders na ginagamit para sa ilang mga application.

Ang pangunahing function ay upang suportahan ang mga lalagyan at paghihiwalay ng anod at katod, at pagpapanatili ng vacuum. Ang presyon sa evacuated x-ray tube sa 15 ° C ay 1.2 × 10 ^-3 Pa. Ang pagkakaroon ng gas sa tangke ay magpapahintulot sa kuryente na dumaloy sa pamamagitan ng mga aparatong malayang, hindi lamang sa anyo ng isang elektron poste.

pabahay

X-ray tube kasangkapan tulad na, bilang karagdagan sa mga enclosure at suporta ng iba pang mga sangkap, ito ay nagsisilbi bilang isang kalasag katawan at sumisipsip ng radiation, maliban para sa kapaki-pakinabang na poste nagdaraan sa pamamagitan ng window. Nito relatibong malaking panlabas na ibabaw dissipates karamihan ng init na nabuo sa aparato. Ang puwang sa pagitan ng shell at ang insert ay puno ng langis na nagbibigay ng pagkakabukod at paglamig ito.

kadena

Ang mga de-koryenteng circuit nag-uugnay ang telepono sa pinagmumulan ng power, na kung saan ay tinatawag na isang generator. Source ay pinalakas mula sa network at nag-convert alternating kasalukuyang sa direktang kasalukuyang. Ang dyeneretor ay nagbibigay-daan din sa iyo upang ayusin ang ilang mga parameter ng chain:

• KV - boltahe o mga de-koryenteng mga potensyal;
• MA - kasalukuyang na daloy sa pamamagitan ng tubo;
• S - duration o exposure oras, sa fractions ng isang segundo.

circuit ay nagbibigay sa paggalaw ng mga electron. Sila ay sisingilin sa enerhiya, pagpasa sa pamamagitan ng mga generator, at ibigay ito sa anod. Tulad ng kanilang kilusan ay nangyayari sa dalawang transformations:

• mga de-koryenteng mga potensyal na enerhiya ay convert sa kinetiko enerhiya;
• kinetic, sa pagliko, ay convert sa X-ray radiation at init.

potensyal na

Kapag ang mga electron dumating sa flask, sila ay nagtataglay ng mga potensyal na mga de-koryenteng enerhiya, na kung saan ay natutukoy sa pamamagitan ng halaga ng KV boltahe sa pagitan ng anod at katod. Ang X-ray tube ay pinatatakbo sa isang boltahe upang makabuo ng 1 KV kung saan ang bawat maliit na butil ay maaaring 1 keV. Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng KV, ang operator ay nagbibigay sa bawat isa electron ay isang tiyak na halaga ng enerhiya.

kinetika

Mababang presyon sa isang evacuated x-ray tube (sa 15 ° C ito ay 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. V.) Pinapayagan ang mga particle sa ilalim ng pagkilos ng emission at thermionic electric force ibinubuga mula sa katod sa anod. Ang lakas na ito accelerates ang mga ito, na nagreresulta sa mas mataas na bilis at kinetic enerhiya at mga potensyal na pababang. Kapag ang isang maliit na butil dumating sa anod, ang potensyal nito ay nawala, at ang lahat ng kanyang enerhiya ay convert sa kinetiko enerhiya. 100-keV electron ay umaabot sa bilis na higit sa kalahati ng bilis ng liwanag. Kitang-kita sa ibabaw ng maliit na butil ay pagbagal down na masyadong mabilis at mawala ang kanilang kinetiko enerhiya. Siya ay lumiliko sa X-ray o init.

Electron dumating sa contact na may mga indibidwal na mga atoms ng anod materyal. Radiation na nabuo sa pamamagitan ng kanilang mga pakikipag-ugnayan sa orbitals (X-ray photons), at may isang core (bremsstrahlung).

nagbubuklod na enerhiya

Ang bawat electron sa isang atom ay may isang tiyak na nagbubuklod na enerhiya, na kung saan ay depende sa laki ng mga huli at ang antas kung saan ang maliit na butil ay matatagpuan. Ang nagbubuklod na enerhiya ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagbuo ng mga katangi-X-ray at ito ay kinakailangan upang alisin ang isang elektron mula sa isang atom.

bremsstrahlung

Bremsstrahlung gumagawa ng pinakamaraming bilang ng mga photons. Ang mga electron tumagos sa anod materyal at pagpapalawak na malapit sa nucleus, pinalihis at decelerated gravitational atom na puwersa. Ang kanilang enerhiya nawala sa panahon ng pagpupulong na ito ay lilitaw sa anyo ng mga X-ray poton.

hanay ng mga

Lamang ng ilang mga photon ay may isang enerhiya na malapit sa electron enerhiya. Ang karamihan sa mga ito ito ay mas mababa. Ipagpalagay na mayroong isang puwang o patlang na pumapalibot sa core, kung saan ang electron karanasan force "pigil." Ang patlang na ito ay maaaring nahahati sa zone. nagbibigay ito ng tanawin ng patlang core ng target na atom sa gitna. Electronic bumabagsak sa kahit saan sa target ay decelerated at bumubuo ng isang X-ray poton. Particles na mahulog pinakamalapit sa sentro, ay pinaka nakalantad at samakatuwid mawala ang pinaka-enerhiya, na gumagawa ng mataas na enerhiya photons. Electron pagpasok sa mga panlabas zone nakakaranas ng mahinang interaksiyon at makabuo photons ng mas mababang enerhiya. Kahit na ang lugar ay may parehong lapad, na mayroon silang isang iba't ibang mga lugar depende sa distansya mula sa nucleus. Dahil ang bilang ng mga particle insidente sa zone, ay depende sa kabuuang lawak, ito ay kitang-kita na ang mga panlabas na lugar makuha ang higit pang mga electron at maging sanhi ng higit pang mga photons. enerhiya na mga X-ray spectrum ay maaaring hinulaang sa pamamagitan ng model na ito.

E _max photons main bremsstrahlung spectrum naaayon sa E _max electron. Sa ibaba puntong ito, na may nagpapababa ng enerhiya poton ay nagdaragdag ang kanilang mga numero.

Ang isang makabuluhang bilang ng mga photons ng mababang enerhiya hinihigop o na-filter, tulad ng tinangka nilang upang pumasa sa ibabaw ng anode tube o box filter. Pag-filter ay karaniwang nakasalalay sa mga komposisyon at kapal ng materyal sa pamamagitan ng kung saan ang beam pass, at ito ay tumutukoy sa pangwakas na anyo ng mababang-enerhiya spectrum curve.

impluwensiya KV

Ang mataas na enerhiya na bahagi ng spectrum ay tumutukoy sa boltahe x-ray tubes sa kV (kilovolt). Ito ay dahil tinutukoy nito ang enerhiya ng mga electron maabot ang anod, at photons ay hindi maaaring magkaroon ng mga potensyal na mas malaki kaysa sa ito. Sa ilalim ng anumang X-ray tube boltahe na tumatakbo? Ang maximum na enerhiya poton tumutugon sa maximum na inilapat potensyal. Boltahe na ito ay maaaring mag-iba sa panahon ng pagkakalantad dahil sa ang alternating current network. Sa kasong ito, E _max rurok boltahe natutukoy sa pamamagitan ng photon osilasyon panahon KV _p.

Ang karagdagang mga potensyal na quanta, KV _p tumutukoy sa halaga ng radiation na nabuo sa pamamagitan ng isang naibigay na bilang ng mga electron maabot ang anod. Dahil ang kabuuang kahusayan ng bremsstrahlung radiation ay nadagdagan sa pamamagitan ng pagtaas ng insidente elektron enerhiya, na kung saan ay natukoy sa KV _p, ito ay nagpapahiwatig na ang KV _p nakakaapekto sa kahusayan ng aparato.

Ang pagpapalit ng KV _p, kadalasang makapagpabago sa spectrum. Ang kabuuang lugar sa ilalim ng enerhiya curve kumakatawan sa bilang ng mga photons. Hindi Na-filter spectrum ay isang tatsulok, at ang halaga ng radiation sa proporsyon sa square KV. Sa presensya ng filter din ay nagdaragdag KV pagtaas ng pagtagos ng mga photons, na binabawasan ang porsyento ng mga na-filter radiation. Ito ay humantong sa mas mataas na radiation ani.

katangi-radiation

Ang uri ng pakikipag-ugnayan na bumubuo sa katangian radiation Binubuo high-speed banggaan sa orbital electron. Pakikipag-ugnayan ay maaari lamang maganap kapag ang isang bahagi E ng maliit _na butil ay mas malaki kaysa sa nagbubuklod na enerhiya ng isang atom. Kapag ganitong kondisyon ay natutugunan, at mayroong isang banggaan, ang mga elektron ay knocked out. Ito ay umalis bukas na posisyon, na puno ng mga particle mas mataas na antas ng enerhiya. Habang ginagalaw namin ang mga elektron ay nagbibigay ng enerhiya napalabas sa anyo ng mga X-ray poton. Ito ay tinatawag na katangi-radiation, since E ay ang poton katangi-chemical element mula sa kung saan ang mga negatibong elektrod ay ginawa. Halimbawa, kapag ang isang elektron ay kumatok K tungsten layer na may _kaugnayan sa E = 69.5 keV, ang bakante ay napuno ng isang elektron mula sa L-level na _komunikasyon sa E = 10.2 keV. Katangi-X-ray poton ay may enerhiya katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng dalawang mga antas, o 59.3 keV.

Sa katunayan, ang negatibong elektrod materyal ay humantong sa isang bilang ng mga katangi-X-ray energies. Ito ay nangyayari dahil electron sa iba't-ibang mga antas ng enerhiya (K, L, at iba pa) ay maaaring kumatok bombarding particle at ang bakante ay mapuspos ng isang iba't ibang mga antas ng enerhiya. Habang ang mga bakante L-level ay bumubuo ng mga photon at ang kanilang mga energies ay masyadong maliit para sa paggamit sa diagnostic imaging. Ang bawat katangian na enerhiya ay bibigyan ng isang pagtatalaga na kung saan ay nagpapahiwatig ng orbital, kung saan ang isang bakante, na may isang index na nagpapakita ng isang elektron pinagmulan kinakailangan. alpha (α) nagsasaad ng index ng pagpuno elektron mula sa L-antas, at beta (β) ay nagpapahiwatig ng pagpuno antas ng M o N.

• Spectrum tungsten. Ang katangi-radiation ng metal gumagawa ng isang linear spectrum na binubuo ng ilang mga hiwalay na mga enerhiya at pagpepreno ay bumubuo ng tuloy-tuloy na pamamahagi. Ang bilang ng mga photons nilikha sa pamamagitan ng bawat katangian ng enerhiya, nailalarawan sa na ang posibilidad ng pagpuno sa bakante K-level ay depende sa ang orbital.
• Spectrum molibdenum. Anodes ng metal na ginagamit para sa mammography, makabuo ng dalawang may sapat na matinding katangi-x-ray enerhiya: K-alpha sa 17.9 keV at ang K-beta sa 19.5 keV. Ang pinakamainam na hanay ng mga X-ray tubes, na kung saan ay nagbibigay-daan upang makamit ang pinakamahusay na balanse sa pagitan ng contrast at pag-iilaw dosis para sa mga average na laki ng dibdib nakakamit sa E _p = 20 keV. Gayunman bremsstrahlung makabuo ng mas maraming enerhiya. Sa mammography kagamitan para sa pag-aalis ng hindi ginustong mga bahagi ng spectrum na ginagamit molibdenum filter. Ang filter ay gumagana sa mga prinsipyo ng «K-edge." Ito absorbs radiation na labis electron nagbubuklod na enerhiya sa molibdenum atom K-antas.
• Ang spectrum ng rodyo. Rodyo may atomic number 45, at molibdenum - 42. Samakatuwid, ang katangi-X-ray ng isang rodyo anode ay magkakaroon ng isang bahagyang mas mataas na enerhiya kaysa sa molibdenum at mas matalino. Ito ay ginagamit para sa imaging siksik dibdib.

Anodes may double lugar na ibabaw, molibdenum, rodyo, paganahin ang operator upang pumili ng isang distribution-optimize para sa mga suso ng mga iba't ibang laki at density.

Ang epekto sa spectrum KV

KV halaga lubhang nakakaapekto sa katangi-radiation, ie. K. Hindi ito ginawa kung mas mababa KV K-enerhiya antas ng mga electron. Kapag KV lumagpas sa sukdulang halaga, ang halaga ng radiation ay karaniwang proporsyonal sa ang pagkakaiba at ang threshold KV tube KV.

Ang enerhiya spectrum ng mga photons ng X-ray beam ibinubuga mula sa aparato ay natutukoy sa pamamagitan ng ilang mga kadahilanan. Bilang isang panuntunan, ito ay binubuo ng bremsstrahlung at ang katangi-pakikipag-ugnayan.

Ang kamag-anak na mga bahagi ng spectrum ay depende sa anod materyal, KV at filter. Sa isang tube na may isang tungsten anode emission katangian ay hindi nabuo sa KV <69,5 keV. Sa mas mataas na mga halaga ng HF ginagamit sa diagnostic pag-aaral, katangi-radiation pinatataas ang kabuuang radiation sa 25%. Ang molibdenum device maaari itong maabot ang isang malaking bahagi ng kabuuang kapasidad sa pagbuo.

husay

Tanging ang isang maliit na bahagi ng enerhiya na inihatid ng mga electron ay convert sa radiation. Ang pangunahing bahagi ay nasisipsip at convert sa init. radiation kahusayan ay tinukoy bilang ang maliit na bahagi ng kabuuang radiated kapangyarihan mula sa pangkalahatang electric imparted anod. Ang mga kadahilanan na kung saan matukoy ang kahusayan ng X-ray tube ay inilapat boltahe KV at bilang atomiko Z. Ang tinatayang ratio sa mga sumusunod:

• Kahusayan = KV x Z x 10 ^-6.

Ang relasyon sa pagitan ng kahusayan at KV ay may isang tiyak na epekto sa mga praktikal na paggamit ng X-ray equipment. Dahil sa init henerasyon ng tube ay may isang limitasyon sa bilang ng mga electric power na maaari nilang mapawi. Ito ay nagpapataw sa kapasidad ng limitasyon ng device. Gamit ang pagtaas ng KV, gayunpaman, ang dami ng radiation na ginawa ng isa sa heat makabuluhang pinatataas.

Ang pagtitiwala ng kahusayan ng X-ray na henerasyon sa ang komposisyon ng ang anod ay lamang ng akademikong interes dahil ang karamihan sa mga aparatong ginagamit tungsten. Ang isang pagbubukod ay molibdenum at rodyo, na ginagamit sa mammogram. Kahusayan ng mga aparatong ito ay makabuluhang mas mababa para sa Tungsten dahil sa kanilang mas mababang atomic number.

bisa

Kahusayan X-ray tube ay tinukoy bilang ang halaga ng pag-iilaw millirentgenah inihatid sa isang punto sa gitna ng kapaki-pakinabang na beam sa layo na 1 m mula sa focal lugar para sa bawat 1 mAs electron pagpasa sa pamamagitan ng mga aparato. ang halaga nito ay kumakatawan sa kakayahan ng aparato upang i-convert ang enerhiya ng sisingilin particles sa X-ray radiation. Pinapayagan ka nitong matukoy ang exposure ng mga pasyente, at ang mga snapshot. Bilang kahusayan, kahusayan ng aparato ay depende sa maraming mga kadahilanan, kabilang ang KV, ang boltahe wave form, ang mga negatibong elektrod materyal at ang antas ng ibabaw ng pinsala sa aparato filter at ang oras ng paggamit.

KV-pamamahala

Boltahe KV X-ray tube epektibong kontrol ang output radiation. Bilang isang panuntunan, ito ay ipinapalagay na ang output ay proporsyonal sa square ng KV. Pagdodoble KV exposure ay nagdaragdag 4 na beses.

waveform

waveform ay naglalarawan ang paraan kung paano KV nag-iiba sa oras sa panahon ng henerasyon ng radiation dahil sa ang cyclic kalikasan ng kapangyarihan. Ginamit maraming iba't ibang mga waveforms. Ang pangkalahatang prinsipyo ay: ang mas maliit na ang pagbabago sa hugis KV, ang X-ray radiation ay nagawa mahusay. Ang mga modernong kagamitan na ginagamit generators na may relatibong pare-pareho ang KV.

X-ray tubes: Manufacturers

Oxford Instrumentong Company paninda iba't-ibang mga aparato, kabilang ang salamin, power sa 250 W, 4-80 kV mga potensyal na, ang focal lugar 10 microns at isang malawak na hanay ng mga negatibong elektrod materyales, t. H. Ag, Au, Co, Cr, Ta, Fe, Mo, Pd, Rh, Ti, W.

Varian nag-aalok ng higit sa 400 iba't ibang mga uri ng mga medikal at pang-industriya X-ray tubes. Iba pang mga kilalang mga producer ay Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong et al.

Sa Russia produce X-ray tubes "Svetlana-Roentgen". Bilang karagdagan sa mga tradisyunal na mga aparato na may umiikot at nakatigil anode kumpanya ng mga paninda device ng malamig na katod makinang pakilusin kontrolado. Mga benepisyo ng mga sumusunod na aparato:

• gumana sa isang tuloy-tuloy na at pulse mode;
• kawalan ng pagkawalang-galaw;
• kumokontrol sa intensity ng LED kasalukuyang;
• spectrum kadalisayan;
• ang posibilidad ng X-ray radiation ng iiba-iba ng intensity.