第二章第二節(jié) 管球

1、 X線管的結構 X線管的分類 X線管的技術參數(shù) X線管的特性 X線管組件1.管殼：用以保持管內(nèi)的高真空，并支持和固定陰極、陽極處于確定位置。2.陰極：陰極在X線管中的作用是發(fā)射電子，并使之適當聚焦。 3.陽極：接受電子束撞擊產(chǎn)生X線，同時傳導和散熱。 陽極柄陽極罩玻璃殼銅體 鎢靶X線窗口聚焦槽 管殼的作用： 支撐陰極、陽極 保持管內(nèi)真空度 管殼 管殼內(nèi)的真空度保持在l0-6mmHg。 外殼材料應具備的條件：a具有良好的絕緣性能; b較高機械強度以承受高真空壓力；c熱膨脹系數(shù)小，受熱不變形;d.加工容易，能與金屬焊接；e吸收x線少。 管殼多為玻璃制成。 陰極組成 燈絲 多用鎢絲制成:一般繞成螺管

2、狀，其寬度和長度決定了焦點的形狀， 用來發(fā)射電子:燈絲通電加熱后形成熱電子發(fā)射，發(fā)射電子數(shù)量決定于燈絲溫度高低。 可做成雙焦點 聚焦槽 聚焦 防止二次電子對陰極的損傷 燈絲材料的要求 有較大的電子發(fā)射能力 既：電子逸出功?。囟炔惶邥r可有大量電子發(fā)出） 有良好的延展性（易于加工） 抗拉強度（在強電場下不變形） 有較低的蒸發(fā)率（延長使用壽命） 燈絲的形狀 燈絲的形狀主要有兩類：螺旋管狀和螺旋形 螺旋管型主要應用于診斷用X線機（線性焦點） 螺旋狀燈絲主要用于治療用X線機 聚焦槽 由于電子之間電荷電性相同，相互排斥；導致電子束發(fā)散，焦點發(fā)散。 防止焦點發(fā)散的方法 加大管電壓：電子運動速度更快發(fā)散少

3、 增加階梯狀陰聚焦槽：將聚焦槽與燈絲的一端相連，靠其形狀與電位的相互排斥使電子束匯聚，形成焦點。 聚焦槽的電位分布 燈絲前部的電子運動軌跡 燈絲側部的電子運動軌跡聚焦槽與燈絲同電位 聚焦槽的形狀和燈絲在聚焦槽中的位置決定了電子束被聚焦的程度。 陽極結構 靶面 用于阻止高速運動的電子，以發(fā)射X線。 靶面材料應具備以下條件：原子序數(shù)高，X線發(fā)生效率高；熔點高；金屬蒸發(fā)率低；導電率高；熱傳導率高。 靶體 導熱: 100kV時只有約0.8的能量激發(fā)出X線，其余能量轉(zhuǎn)變成熱。 （多用銅制成） 陽極罩 防止二次電子的產(chǎn)生產(chǎn)生影響 吸收非焦點X線（散射） 靶面角度：高速電子的撞擊面(靶面)與X線管長軸的垂直

4、面的夾角稱作陽極靶面角度。在燈絲大小一定的前提下，靶面角度大，實際焦點面積大，有效焦點面積大，負荷功率大。固定陽極靶面角度一般為20。固定陽極x線管在小功率x線機上仍有使用，如手術專用機、牙科機等。 二次電子的產(chǎn)生 由陰極發(fā)出的電子撞擊到陽極靶面后只有不到1的能量轉(zhuǎn)變成X射線，其余能量都以熱量的方式表現(xiàn)出來；熱能會使大部分軌道電子逸出而成為自由電子，這些自由電子就稱為二次電子。 二次電子的能量與一次電子相近 二次電子的影響 產(chǎn)生非焦點X線，影響影像的清晰度 反射到管壁上使負電位增加，會引起裂紋。 會撞擊管壁使之放出氣體，引起真空度下降。 對趨向陽極的陰極電子產(chǎn)生排斥作用 旋轉(zhuǎn)陽極的結構（圖）

5、旋轉(zhuǎn)陽極的作用 陽極所能承受的功率取決于焦點面積和靶厚 焦點面積越大，陽極所能承受的功率愈大。 靶越厚，陽極的熱容量越大，陽極所能承受的功率愈大。 具有實用功率大而焦點面積小的雙重優(yōu)點 陽極結構：旋轉(zhuǎn)陽極的轉(zhuǎn)子在X線管殼內(nèi)，定子在殼外，通過旋轉(zhuǎn)磁場使轉(zhuǎn)子帶動靶盤轉(zhuǎn)動起來。旋轉(zhuǎn)陽極的軸承在管內(nèi)，軸承的沿用劑通常采用固體金屬滑潤材料，如銀、鉛、二氧化鉬等。為了減少靶盤熱量向軸承傳遞，軸承與靶盤間的支架做得很細，靶盤的熱量主要是通過靶盤的熱輻射散發(fā)出去，被管外的絕緣油吸收。 陽極結構：為擴大陽極的散熱率，把陽極做成盤形，用馬達驅(qū)動，轉(zhuǎn)動中發(fā)生X線。靶面成為一個圓形環(huán)帶。環(huán)帶的某點正對陰極時發(fā)生X線，

6、旋轉(zhuǎn)一周的其他時間在散熱。熱量分散到整個靶盤上，所以能承受比固定陽極大得多的焦點功率。 靶盤材料可分為三類： 純鎢，抗熱脹性差，易出現(xiàn)龜裂； 錸鎢合金(錸占10，鎢占90)，可減輕龜裂發(fā)生； 鉬基或石墨基的錸鎢合金。 鉬的重量是鎢的一半，比熱卻是鎢的兩倍。在相同輸入功率時，鉬基鎢靶溫度上升只是純鎢靶的一半。石墨的比重是鎢的110而比熱是鎢的10倍因而作為儲熱材料更為理想。所以相繼出現(xiàn)了錸鎢合金靶盤加鉬基和石墨基的復合靶旋轉(zhuǎn)陽極X線管，增大了陽極熱容量。 旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)陽極X線管的負荷功率與轉(zhuǎn)動速度有關陽極旋轉(zhuǎn)速度與電源頻率、定子磁極數(shù)、光滑度(約0.1)有關。 常速旋轉(zhuǎn)陽極50Hz啟動，轉(zhuǎn)速30

7、00轉(zhuǎn)/分。 高速旋轉(zhuǎn)陽極150HZ啟動，轉(zhuǎn)速9000轉(zhuǎn)分。 n=120f/p f為電源頻率 p為定子極數(shù)由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速落后于磁場轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速要比理論值低10左右。 陽極啟動 曝光之前啟動裝置將陽極從靜止狀態(tài)達到規(guī)定轉(zhuǎn)速，然后進行曝光。 啟動電路具有保護功能，在啟動失效時，能發(fā)出檢測信號，防止X線發(fā)生。有效焦點面積大于0.3，透視時可以不轉(zhuǎn)動，0.3以下必須轉(zhuǎn)動。高速管需要停止電路 老化訓練 X線管套功能： 保護球管 防輻射 防電擊 散熱等 管套 安放、固定X線管的封閉容器。 金層 外殼結構，內(nèi)壁附著鉛防護層； 設有窗口和兩個高壓電纜插座； 窗口為有機玻璃，凸入管套內(nèi)； 套內(nèi)裝滿絕緣油；

8、 管殼、絕緣油層、 管套窗口材料 三者對X線的吸收，稱固有濾過。絕緣油：1.作用：A.增加管套內(nèi)絕緣；B.提高散熱率。2.球管陰極端設有膨脹鼓、呼吸孔、過熱保護檢測器，保護球管。 組件散熱 密封管套，自然散熱密封管套，自然散熱 密封管套，風扇散熱密封管套，風扇散熱 閉路油循環(huán)風冷散熱閉路油循環(huán)風冷散熱 管套內(nèi)冷水循環(huán)散熱管套內(nèi)冷水循環(huán)散熱 按陽極形式分類 固定陽極：x線管由陰極射線管發(fā)展而來，初期的x線管都是固定陽極式。 旋轉(zhuǎn)陽極：陽極呈盤形，發(fā)生x線時陽極盤必須在旋轉(zhuǎn)中。這樣擴大了受熱面積，增加了散熱率，提高了x線管的焦點功率。 按管殼材料分類 玻璃殼：外殼使用以硅酸(Si02)、硼酸(B2

9、O3)為主要成分的硬質(zhì)玻璃制成。 按管殼材料分類金屬x線管：1.管外形與普通旋轉(zhuǎn)陽極X線管同。只是中間一段是鋼制管殼，陽極端是玻璃管殼，陰極端是陶瓷管殼。三段管殼嚴密嵌套熔合，形成完整密閉的管殼。2.金屬管殼部分接地，捕獲雜散電子，可使燈絲加熱到較高溫度，提高了X線管的輸出功率，并在較低管電壓時增大了使用較大管電流的可能性。陶瓷絕緣X線管：陽極靶盤直徑大，固定在通軸上，靶盤兩側都有軸承支撐，用陶瓷絕緣，裝在接地的金屬管殼內(nèi)。 特殊X線管 柵控X線管： 柵控X線管是在普通x線管的陰極與陽極之間增加一柵極。用于控制x線的發(fā)生，這種x線管也稱作三極x線管。 燈絲發(fā)射特性 截至特性 時間控制特性 特殊

10、X線管大容量x線管 ：為適應連續(xù)大負荷工作的需要x線管的容量要求不斷增大。如在心血管檢查專用機、CT機等方面的應用陽極熱容量有的已超過7MHU。1.加大靶盤直徑(120mm)和熱容量 2.提高散熱率 特殊X線管 軟組織攝影用x線管1.靶面：使用鉬靶面使用鉬靶面。鉬靶管x線管管電壓在20kV以上時，除連續(xù)輻射外，還有波長為0.63和0.70的特征輻射。2.鈹窗口：鈹?shù)脑有驍?shù)為4，用作鈹窗口可以減少對原發(fā)X線的吸收。3.鉬濾過片：使用003mm鉬濾過片，對0.63波長以下的較硬X線被衰減。同時0.70以上的軟x線被鉬本身吸收。4.具有能承受大電流的小焦點 從兩個不同的角度對每一個解剖細節(jié)進行不間

11、斷的重疊數(shù)據(jù)采集X線雙扇面投照，探測器雙倍接受雙通道采樣2倍原始數(shù)據(jù) 為了提高X線管球陽極散熱率，現(xiàn)代CT中常將X線管管套與油循環(huán)，風冷卻的熱交換器組合成一體，放入掃描機架內(nèi)。AnodeCathodee-beamX-rays12 cm 特殊X線管西門子“零”兆球管普通球管普通球管Straton tube 焦點的分類 實際焦點 陽極靶面上被電子撞擊的面稱為實際焦點 有效焦點 實際焦點在X線方向上的投影稱為有效焦點 有效焦點與實際焦點的關系 有效焦點實際焦點sin 角為靶面與X投照方向的夾角 標稱焦點：實際焦點在X線管軸相垂直方向上的投影稱為標稱焦點 標稱焦點與實際焦點的關系 標稱焦點實際焦點si

12、n 角為陽極靶面的傾角 焦點示意圖影響焦點大小的因素燈絲的形狀和大小對實際焦點的大小起決定作用。燈絲越大，發(fā)射的電子束越寬，焦點越大。太小的焦點會使陽極靶面的受熱過于集中。燈絲在陰極罩內(nèi)的深度也影響焦點的大小。燈絲位于陰極罩內(nèi)的位置越淺，受到的聚焦作用越小，焦點越大。位置過深，會聚焦過度，反而會使焦點變大，形成虛焦點。 主副焦點： 從燈絲正面發(fā)射出的電子所形成的焦點稱為主焦點 從燈絲側面發(fā)射出的電子形成的焦點稱為副焦點 在焦點槽中燈絲的深度與焦點的幅度有關，即深度越大主焦點幅度越小，副焦點幅度加大。理想的是副焦點處于主焦點兩側時，熱量容易被分散，焦點幅度不被擴展。 焦點特性 在較大管電流、較低

13、管電壓情況下，由于電子束的電子之間斥力增大，有效焦點有變大的傾向。 相同電壓下焦點膨脹程度隨著管電流增加而增加。 相同管電流下焦點膨脹程度隨著管電壓的下降而增加，但不如隨管電流的增加變化明顯。 影響焦點大小的因素 有效焦點的大小主要取決于陽極靶面傾斜的角度。 對于19的傾角，若實際焦點的長為5.5毫米，寬為1.8毫米，則根據(jù)計算公式：有效焦點的長近似為1.8毫米，既：有效交點為正方形。這種設計，實際焦點大，陽極所能承受的熱量高，而有效焦點小，圖像較清晰。 焦點大小與圖像質(zhì)量的關系 焦點能量分布與圖像質(zhì)量的關系 雙焦點X線管 從X線管的功率考慮，實際焦點越大越好。 從影像質(zhì)量考慮，焦點應越小越好

14、。 雙焦點可以很好的解決這個矛盾。 焦點的方位特性 在在X線管的長軸方向上，近陽極端有效焦線管的長軸方向上，近陽極端有效焦點小，點小，X X線量少；近陰極端的有效焦點大，線量少；近陰極端的有效焦點大，X X線量多，這一現(xiàn)象被稱為焦點的方位特線量多，這一現(xiàn)象被稱為焦點的方位特性。性。 在在X X線管的短軸上，有效焦點的大小對稱線管的短軸上，有效焦點的大小對稱相等。相等。X X線量分布也對稱相等。線量分布也對稱相等。 X線管的三種特性： 陽極特性曲線 空間電荷 燈絲發(fā)射特性 陽極特性曲線 即IaUa曲線。是燈絲加熱電壓在某恒定值下，管電壓與管電流的關系曲線。 陰極燈絲在確定加熱溫度下，單位時間內(nèi)從

15、燈絲發(fā)射出來的電子數(shù)量基本恒定； 隨著管電壓的增加，管電流增加，到達一定管電壓后，管電流基本趨于穩(wěn)定。使管電流達到飽和的管電壓，稱為飽和管電壓。 說明 If燈絲加熱電流 Ia管電流 Ua管電壓 比例區(qū) 管電流隨管電壓的增加而增加 飽和區(qū) 管電流隨管電流的增加而保持不變 空間電荷效應 燈絲加熱電流通過燈絲時，會使燈絲原子的外層軌道電子獲得能量而逸出，在沒有外加電場或外加電場比較弱時，這些自由電子聚集在燈絲周圍，形成電子云，這些電子云就稱為空間電荷?？臻g電荷會阻止其它電子繼續(xù)逸出，這種對電子逸出的阻礙作用稱為空間電荷效應。 空間電荷效應直接影響陽極特性曲線。 空間電荷 燈絲加熱后有熱電子發(fā)射，在燈

16、絲周圍形成電子云，形成空間電荷。加入管電壓后形成管電流，由于電荷的分布位置不同，電場的作用力不均，電子間的相互排斥等原因，造成了空間電荷的存在使X線管的管電流隨著管電壓變化，特別在高毫安時更為明顯 。為了克服空間電荷的影響，在X線機的燈絲電路中加入了空間電荷補償電路。隨著管電壓的升隨著管電壓的升高適當降低燈絲加熱水平，使管電流保持穩(wěn)定。高適當降低燈絲加熱水平，使管電流保持穩(wěn)定。 燈絲發(fā)射特性 燈絲發(fā)射特性是指在不同管電壓下，管電流與燈絲加熱的關系。 若要獲得同一管電流，所需燈絲加熱電流在若要獲得同一管電流，所需燈絲加熱電流在較高管電壓時比在較低管電壓時低；較高管電壓時比在較低管電壓時低； 在同

17、一燈絲加熱電流下所獲得的管電流，在在同一燈絲加熱電流下所獲得的管電流，在較高管電壓時比較低管電壓時高。較高管電壓時比較低管電壓時高。 燈絲電子發(fā)射特性 管電流與燈絲加熱電壓的關系 說明 加熱溫度越高，電子發(fā)射越多，管電流越大。 當管電壓不足以把全部電子吸引到陽極時，空間電荷發(fā)生作用。 欲提高管電流，只有在增加管電壓。 燈絲加熱曲線 在不同的管電壓下，燈絲加熱電流與管電流的關系。 說明 燈絲加熱電流隨燈絲加熱電壓正比增加，近似呈線性關系 到一定程度后，燈絲溫度越高，其電阻也相應增高，而加熱電流略有下降。X X線管的技術參數(shù)內(nèi)容：線管的技術參數(shù)內(nèi)容： 1.容量 2.熱容量 3.散熱率 4.最高管電

18、壓 5.焦點 6.最大燈絲電流 7.焦點的測試(#) 8.結構參數(shù) 最高管電壓 指允許加于X線管兩極間的最高管電壓峰管電壓峰值值，單位kVP。超過此值可能導致管壁放電。 X線管的最高管電壓不等于X線主機所產(chǎn)生的最高電壓。 最大管電流：是指在某一管電壓和曝光時間內(nèi)所允許的最大電流的平均值。 最長曝光時間：是指在某一管電壓和管電流條件下所允許的最長曝光時間。 定義-是X線管在安全使用條件下能承受的最大負荷量。即在確定曝光時間下所能使用的最大曝光條件。 X線管的容量(Pa)與管電壓的有效值(kVE)、管電流的平均值(Ia)成正比，單位是kW。 Pa = kVEIa1000(kW) X線管的容量還與設

19、備高壓整流方式有關單相全波整流 X線管的代表容量： 一定整流方式和一定曝光時間下X線管所能承受的最大負荷稱作該X線管的代表容量，也稱作功率或額定容量。 固定陽極固定陽極x x線管線管的代表容量是指在單相全波整流單相全波整流電路中，曝光時間為1 1秒秒時，所能承受的最大負荷。 旋轉(zhuǎn)陽極旋轉(zhuǎn)陽極X X線管線管的代表容量是指在三相六管全波三相六管全波整流整流電路中，曝光時間為0.10.1秒秒時，所能承受的最大負荷。 瞬間負荷：在不同kV、mA下，一次曝光所能持續(xù)的時間。瞬間負荷也與整流方式有關，實際上代表容量就是X線管在特定曝光時間下的瞬間負荷。 連續(xù)負荷；限定連續(xù)使用的最大負荷。給出連續(xù)使用的最大功率，如200W?；蛳薅ü茈妷喝?00kV下最大可以連續(xù)使用管電流，如2.5mA。 熱容量指X線管連續(xù)使用下陽