X線管裝置的學(xué)習(xí)材料

X線管裝置的學(xué)習(xí)材料第1頁/共51頁第一節(jié)X線管裝置第2頁/共51頁固定陽極X線管X線管的焦點旋轉(zhuǎn)陽極X線管X線管的規(guī)格與特性X線管管套特殊X線管教學(xué)內(nèi)容第3頁/共51頁掌握固定陽極和旋轉(zhuǎn)陽極X線管的結(jié)構(gòu)及各部分的作用。熟悉X線管的規(guī)格和特性。了解特殊X線管的特點和用途。教學(xué)目標(biāo)第4頁/共51頁診斷用X線機X線發(fā)生裝置外圍裝置X線管裝置高壓發(fā)生裝置控制裝置機械輔助裝置影像裝置記錄裝置第5頁/共51頁產(chǎn)生條件：①陰極燈絲加熱且能發(fā)射電子；②X線管兩極加上高壓。管電壓：陰極和陽極之間的直流電壓。管電壓使電子具有較大的動能。管電流：陰極發(fā)射的電子在電場作用下高速流向陽極形成電流。管電流越大，產(chǎn)生的Ｘ光子就越多。第6頁/共51頁一、固定陽極X線管

固定陽極X線管是X線管中最簡單的一種，主要由陽極、陰極和玻璃管殼三部分組成。第7頁/共51頁作用：①接受高速電子流撞擊而產(chǎn)生X線；②將陽極熱量輻射或傳導(dǎo)出管外；③吸收二次電子和散亂射線。（一）陽極結(jié)構(gòu)：陽極頭、陽極柄和陽極罩。第8頁/共51頁1、陽極頭：靶面和陽極體組成。靶面：承受高速運動的電子流轟擊，產(chǎn)生X線。靶面材料一般都選用鎢（Z=74），鎢的特點:：熔點高（3370℃），蒸發(fā)率低，原子序數(shù)大，又有一定的機械強度。鎢的缺點：導(dǎo)熱率小，受電子轟擊后產(chǎn)生的熱量不能很快地傳導(dǎo)出去，焊接到導(dǎo)熱率較大的無氧銅制成的陽極體上。

2、陽極柄：普通銅(紫銅)制成，引出管外至高壓絕緣油中，將陽極頭熱量傳導(dǎo)出去。第9頁/共51頁

2、陽極帽：吸收二次電子和散亂射線。

（1）結(jié)構(gòu)：兩個窗口，頭部圓口面對陰極，是高速運動的電子流轟擊靶面的通道；側(cè)下部圓口向外，是X線的輻射通道。窗口1窗口2第10頁/共51頁

⑵二次電子：高速運動的電子流轟擊靶面時，會有少量的電子從靶面反射和釋放出來，這部分電子稱為二次電子。

⑶危害：

①其能量較大（約為原來的99%），轟擊到玻璃殼內(nèi)壁上，將使玻璃殼溫度升高而釋放氣體，降低管內(nèi)真空度或使玻璃殼擊穿；②二次電子再次被陽極吸引轟擊到靶面上時，由于沒有經(jīng)過聚焦，將輻射出非焦點散射X線，使X線影像質(zhì)量降低；③二次電子還會附著在玻璃壁上，造成整個管壁電位分布極不均勻，產(chǎn)生縱向應(yīng)力，易致玻璃壁損壞。第11頁/共51頁作用：發(fā)射電子并使電子束聚焦，使撞擊在靶面上的電子束具有一定的形狀和大小。（二）陰極結(jié)構(gòu)：燈絲、聚焦槽、陰極套和玻璃芯柱。第12頁/共51頁1、燈絲：發(fā)射電子，鎢，螺旋管狀，分為單焦點和雙焦點(大、小焦點)。。燈絲電壓越高，燈絲溫度越高，發(fā)射電子數(shù)量就越大，調(diào)節(jié)燈絲加熱電壓即可實現(xiàn)管電流的調(diào)節(jié)。為了延長燈絲壽命，燈絲加熱方式通常采用預(yù)熱增溫式。小焦點大焦點第13頁/共51頁2、聚焦槽：又名陰極頭、聚焦罩、集射罩，對陰極燈絲發(fā)射的電子進(jìn)行聚焦。

形成主焦點的電子軌跡形成副焦點的電子軌跡第14頁/共51頁

又稱管殼，固定和支撐陽、陰兩極，保持高真空。由熔點高、絕緣強度大、膨脹系數(shù)小的鉬組硬質(zhì)玻璃制成。（三）玻璃殼第15頁/共51頁二、X線管的焦點

1、實際焦點：陰極電子在陽極靶面上的實際轟擊面積。

實際焦點的形狀由燈絲的形狀決定，通常為長方形；大小取決于聚焦槽的形狀、寬度及燈絲位于槽中的深度。實際焦點越大，X線管的瞬時負(fù)載功率越大。第16頁/共51頁

2、有效焦點：實際焦點在X線各個投照方向上的投影。實際焦點在垂直于X線管長軸方向的投影稱為X線管的標(biāo)稱有效焦點。

有效焦點=實際焦點×sinθ

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IEC規(guī)定，有效焦點的標(biāo)稱值為一無量綱的數(shù)值，其值是有效焦點或?qū)嶋H焦點的寬度。如1.0，1.2，但目前，有效焦點的標(biāo)注方法仍用習(xí)慣標(biāo)注法，如：2.0mm×2.0mm、1.0mm×1.0mm或0.3mm×0.3mm等。第18頁/共51頁

3、焦點的方位性：投影方位愈靠近陽極，有效焦點尺寸愈小；愈靠近陰極，有效焦點尺寸愈大。

實際攝影中，應(yīng)注意保持實際焦點中心、X線輸出中心、投影中心三點一線，即：X線中心線對準(zhǔn)攝影部位中心。第19頁/共51頁

4、焦點增漲：管電流增大時，由于電子數(shù)量增多，電子之間斥力增大，使焦點尺寸出現(xiàn)增大的現(xiàn)象。第20頁/共51頁

綜上所述，有效焦點的大小與實際焦點、投照方位、管電流和管電壓的大小有關(guān)。有效焦點越小成像質(zhì)量越高。

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有效焦點越小，影像清晰度越高。有效焦點為點光源時，圖像邊界分明，幾何模糊小，影像清晰度高；有效焦點越大，圖像邊界上的半影越大，幾何模糊越大，影像清晰度降低。減小有效焦點，勢必減小實際焦點，X線管的功率隨之減小，曝光時間增加，將會引起運動模糊。由此可見，減小焦點面積以減小幾何模糊、改善影像清晰度與增大X線管功率以縮短曝光時間、減小運動模糊相矛盾。固定陽極X線管常采用雙焦點的辦法來折中幾何模糊和運動模糊之間的矛盾，另一有效方法是采用旋轉(zhuǎn)陽極X線管。第22頁/共51頁三、旋轉(zhuǎn)陽極X線管焦點與功率的關(guān)系：實際焦點越大，瞬時負(fù)載功率越大焦點與成像質(zhì)量的關(guān)系：有效焦點越小，成像越清楚結(jié)構(gòu)：陽極、陰極、玻璃管殼第23頁/共51頁

旋轉(zhuǎn)陽極X線管由于陽極是一個可以高速旋轉(zhuǎn)的圓盤(實際焦點很大，有效焦點可以很?。?，所以具有瞬時功率大、焦點小的優(yōu)點。第24頁/共51頁

旋轉(zhuǎn)陽極X線管的陽極主要由靶面、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、軸承套座、玻璃圈等組成。第25頁/共51頁1、靶盤與靶面：

靶盤單凸?fàn)顖A盤，中心固定在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸一端與轉(zhuǎn)子相連，要求有良好運動平衡性；靶面傾角6。~15。之間，錸鎢合金做靶面，鉬或石墨做靶基。熱輻射式散熱。第26頁/共51頁2、轉(zhuǎn)子：無氧銅制成，為提高熱輻射能力，表面黑化。

陽極轉(zhuǎn)速低速時2700r/min(50Hz)，高速時8500r/min(150Hz)。陽極轉(zhuǎn)速越高，X線管功率越大，但是，提高轉(zhuǎn)速需考慮轉(zhuǎn)子的運動平衡、軸承的承能力。旋轉(zhuǎn)陽極X線管工作時，必須在轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定值時（啟動時間約0.8~1.2s），才能加管電壓產(chǎn)生X線，否則會造成靶面溶化損壞。因此，都設(shè)有旋轉(zhuǎn)陽極啟動延時保護(hù)電路。曝光結(jié)束后，為防磨損和共振，需制動裝置快速停轉(zhuǎn)。3、軸承及其潤滑由耐熱合金鋼制成，潤滑劑多采用二硫化鉬、銀、鉛等固體材料。第27頁/共51頁四、X線管的規(guī)格與特性（一）構(gòu)造參數(shù)：由X線管的結(jié)構(gòu)所決定的非電性能方面的參數(shù)，如陽極傾角、燈絲尺寸、焦點大小、外形尺寸、重量、管壁的濾過當(dāng)量、冷卻和絕緣方式、旋轉(zhuǎn)陽極轉(zhuǎn)速、最大允許工作溫度等。（二）電參數(shù)：指X線管電性能方面的規(guī)格數(shù)據(jù)。

1、最高管電壓：允許加在X線管兩極的最高電壓的峰值，單位千伏(kVp)。超過此值，會導(dǎo)致管壁放電，擊穿損壞。第28頁/共51頁2、最大管電流：在管電壓和曝光時間一定的情況下，X線管內(nèi)允許通過的最大電流平均值，單位毫安(mA)。超過此值，將導(dǎo)致X線管靶面過熱損壞縮短X線管燈絲壽命，造成X線管損壞。

3、最長曝光時間：在管電壓和管電流一定的情況下，X線管一次曝光所允許的最長時間，單位秒(s)。超過此值，X線管陽極將因累積熱量過多、溫度過高導(dǎo)致靶面損壞。第29頁/共51頁4、X線管的容量：又稱負(fù)荷量，X線管在安全使用條件下，單次或連續(xù)曝光而無任何損壞時所能承受的最大負(fù)荷量。①容量計算：P=UI/1000(kW)

P：X線管的負(fù)載功率U：管電壓的有效值I：管電流的有效值

整流方式不同，U、I的有效值不同。容量與曝光時間有關(guān)，曝光時間增長，由于熱量累積，容量將相應(yīng)減小。第30頁/共51頁固定陽極X線管的代表容量：指在單相全波整流電路中，曝光時間1秒時所能承受的最大負(fù)荷旋轉(zhuǎn)陽極X線管的代表容量：指在三相全波整流電路中，曝光時間0.1秒時所能承受的最大負(fù)荷。X管型號：XD51-20·40/125XD：國產(chǎn)診斷用X線管；

51：旋轉(zhuǎn)陽極(≥50)，固定陽極(<50)；

20·40：小焦點代表容量20kW，大焦點代表容量40kW;

125：最高工作管電壓125kV。代表容量/標(biāo)稱功率/額定容量：一定整流方式和一定曝光時間下X線管的最大負(fù)荷量。第31頁/共51頁③瞬時負(fù)荷的容量表示法：曝光時間為數(shù)毫秒到數(shù)秒的單次攝影或透視稱為瞬時負(fù)荷。第32頁/共51頁④連續(xù)負(fù)荷的容量表示方法：曝光時間為10秒以上的透視或間隔時間很短的連續(xù)攝影稱為連續(xù)負(fù)荷。分為限定連續(xù)使用時的最大功率和限定管電壓、管電流兩種標(biāo)注方法。

大、中型X線機一般設(shè)計有容量保護(hù)裝置，當(dāng)單次攝影選擇的曝光條件過高，超過X線管的最大允許負(fù)荷時，攝影不能進(jìn)行。第33頁/共51頁5、生熱和冷卻特性曲線①X線管的熱容量：X線管處于最大冷卻速率時，允許承受的最大熱量稱為熱容量，單位HU或焦耳(J)。1J=1kV(有效值)×1mA(有效值)×1s1HU=1kV(峰值)×1mA(平均值)×1s冷卻速率：單位時間內(nèi)，陽極靶面?zhèn)鲗?dǎo)給其他介質(zhì)的熱量，又稱散熱速率。第34頁/共51頁②生熱與冷卻特性曲線生熱特性曲線：表示X線管在負(fù)荷時，熱量增加的速率與曝光時間的關(guān)系?？纱_定X線管在不同熱量增加的速率下，可連續(xù)與斷續(xù)工作的時間。冷卻特性曲線：表示曝光結(jié)束后，陽極熱量散發(fā)與冷卻時間的關(guān)系?？纱_定X線管的最短休息時間。第35頁/共51頁某X線管的生熱和冷卻特性曲線第36頁/共51頁某X線管裝入管套后的生熱和冷卻特性曲線第37頁/共51頁（三）X線管的特性：

1、陽極特性曲線：X線管燈絲加熱電流在一定值下，管電壓(Ua)與管電流(Ia)的關(guān)系曲線。空間電荷：燈絲后端發(fā)射出來的電子由于電子之間相互排斥和燈絲的屏蔽作用，在管電壓較低時會滯留在燈絲后方的空間，形成空間電荷。空間電荷只能隨著管電壓的升高逐漸飛向陽極。第38頁/共51頁①O-A1段：線性比例區(qū)，由于空間電荷的影響，管電流隨著管電壓的升高而增大；②A1-B1段，飽和區(qū)，管電流與管電壓基本無關(guān)，只隨燈絲加熱電流的增大而增大。第39頁/共51頁

為了實現(xiàn)管電壓和管電流的分開調(diào)節(jié)，X線管在曝光產(chǎn)生X線時，應(yīng)使燈絲工作于飽和區(qū)，并加空間電荷補償裝置。

空間電荷補償原理：當(dāng)管電壓升高時，適當(dāng)減小燈絲加熱電流，以使管電流值不隨管電壓的變化而變化，反之，當(dāng)管電壓降低時，適當(dāng)增加燈絲加熱電流。第40頁/共51頁2、燈絲發(fā)射特性曲線：在一定管電壓下，管電流(Ia)與燈絲加熱電流(If)的關(guān)系。第41頁/共51頁五、X線管套X線管管套是封裝X線管的特殊容器，兩者合稱X線管裝置、X線管組件或X線管頭，具有防電擊、防散射、油浸式等特點。1、固定陽極X線管管套變壓器油：高壓絕緣和散熱膨脹器：防止變壓器油油壓升高放射窗：X線射出窗，內(nèi)凹減少油層厚度增大X線輸出量第42頁/共51頁2、旋轉(zhuǎn)陽極X線管管套：在陽極端內(nèi)側(cè)設(shè)置旋轉(zhuǎn)陽極啟動電機定子繞組，其引線接線柱固定在陽極端內(nèi)層封蓋上。第43頁/共51頁3、組合機頭：是將X線管、燈絲變壓器以及高壓變壓器等共同組裝在一個充滿變壓器油的密封容器中，稱為組合機頭。第44頁/共51頁六、特殊X線管1、金屬陶瓷X線管：結(jié)構(gòu)上陰極、陽極與普通旋轉(zhuǎn)陽極X線管一樣，只是玻璃管殼改為由金屬和陶瓷組合而成。金屬部分是管殼主體，僅在高壓接入部分用陶瓷與管殼絕緣。消除了鎢沉積層的影響，延長X線管壽命。第45頁/共51頁2、三極X線管：三極X線管在普通X線管的陽極與陰極之間加了一個控制柵極，可以阻止陰極燈絲發(fā)射的電子，即可控制X線的產(chǎn)生，也稱柵控X線管。用于快速連續(xù)X線攝影。第46頁/共51頁3、軟X線管：用于軟X線攝影。①鈹窗（Z=4，濾過吸收?。阢f靶（產(chǎn)生長波軟線多）③短極距（彌補燈絲發(fā)射特性）第47頁/共51頁課堂小結(jié)1、旋轉(zhuǎn)陽極X線管的陽極結(jié)構(gòu)：（）A、陽極頭、轉(zhuǎn)子B、陽極頭、陽極柄