X線管として動作しますか？

X線は、 X線管球で発生する光子への電子のエネルギーを変換することによって生成されます。 量（露光）および品質（スペクトル）放射線は、器具の電流、電圧及び時間を変えることによって調整することができます。

動作原理

X線管（記事に与えられた写真は）エネルギー変換器です。 後者は望ましくない副生成物である、放射線と熱を貫通する - それらがネットワークから受信し、他の形態に変換されます。 それは光子の生産を最大化し、可能な限り迅速に熱を放散するようにX線管装置。

陰極と陽極 - チューブは典型的には2つの基本的な要素を含む比較的簡単な装置です。 電流は、カソードからアノードに流れると、電子がX線の発生につながるエネルギーを失います。

陽極

アノードは、高エネルギー光子の放出が生成請求成分です。 これは、電気回路の正極に接続され、比較的大量の金属元素です。 これは、2つの主要な機能があります。

• これは、X線放射への電子エネルギーに変換します
• これは、熱を放散させます。

陽極の材料としては、これらの機能を強化するために選択されています。

理想的には、電子のほとんどはむしろ熱よりも、高エネルギー光子を形成すべきです。 X線放射（COP）に変換される全エネルギーの比は2つの要因に依存します。

• アノード材料の原子番号（Z）
• 電子エネルギー。

原子番号の大きいZに加えて、74に等しい陽極使用タングステンの材料として最もX線管では、この金属は、この目的に適するよう他の特定の特徴を有します。 タングステンは、加熱されたが、高融点及び低蒸発速度を有する場合、強度を維持する能力において独特です。

長年にわたり、アノードは、純粋なタングステンで作られています。 近年では、我々は、レニウムと、この金属合金を使用し始めたが、表面のみに。 光材料、良好な蓄熱からなるタングステン - レニウムコーティング下自己アノード。 二つのそのような物質は、モリブデンとグラファイトあります。

マンモグラフィのために使用されるX線管は、モリブデンでコーティングされたアノードとなります。 この材料は、胸部を記録するのに適した特性エネルギーを有する光子を生成する中間原子番号（Z = 42）を有します。 いくつかのマンモグラフィ装置はまた、ロジウム（Z = 45）から形成された第2のアノードを有します。 これは、エネルギーを高め、密な胸のためのより大きな浸透を達成することが可能となります。

純粋なタングステン製のアノードと時間効率のデバイスと表面への熱損傷による低減される - タングステン - レニウム合金の使用は、長期放射出力を向上させることができます。

陽極の大部分は、テーパディスクの形状を有しており、X線の照射時に比較的高い速度でそれらを回転させるモータシャフトに固定されています。 回転の目的 - 熱の除去。

焦点

X線発生部全体ではなくアノード。 焦点 - それは、その表面の小さな領域で発生します。 寸法は、最後の陰極からの電子ビームのサイズを決定しました。 それの大部分が有する矩形形状が0.1〜2ミリメートルデバイス内で変化します。

焦点の特定のサイズのX線管の設計。 小さいことは、あまりモーションブラーと高いシャープネスで、そしてより多くの、より良い放熱するものです。

焦点サイズは、X線管を選択する際に考慮されなければならない要因です。 メーカーは、高解像度と十分に小さい放射線を達成するために必要である小さな焦点、を備えたデバイスを作り出します。 例えば、マンモグラフィのように、身体の小さな繊細な部品の研究に必要とされます。

大小、画像形成手順に従ってオペレータによって選択することができる - X線管は、主に2つのサイズを有する焦点スポットを生成します。

陰極

陰極の主な機能 - 電子を生成し、アノードに向けられたビームにそれらを回収します。 それは一般的に、カップ状の凹部に埋め込まれた小さな螺旋ワイヤ（フィラメント）からなります。

回路を通過した電子は、通常、導体を残して、空き領域を残すことはできません。 彼らは十分なエネルギーを取得する場合しかし、彼らは、それを行うことができます。 熱放射として知られるプロセスにおいて、熱は陰極から電子を放出するために使用されます。 排気X線管の圧力は10 ^{-6〜10 -7}トルに達したときにこれが可能となります。 アート。 糸は、電流を通すことにより、螺旋状のフィラメントランプと同様に加熱されます。 作業陰極線管は電子そこ温度発光変位熱エネルギーに加熱することを伴います。

バルーン

シリンダ - アノードとカソードは密閉ハウジング内に収容されています。 バルーンとその内容は、多くの場合、限られた寿命を有し、交換可能なインサート、と呼ばれています。 金属及びセラミックシリンダーは、いくつかの用途のために使用されるが、X線管は、一般に、ガラスバルブを有しています。

主な機能は、コンテナおよび単離サポートすることである 陽極と陰極を、 真空を維持します。 15°Cで排気X線管の圧力は1.2×10 ^-3 Paで。 タンク内のガスの存在は、電気だけではなく、電子ビームの形で、自由に装置を通って流れることができるようになります。

住宅

他の構成要素の筐体と支持体に加えて、それがシールド本体として機能し、窓を通過する有用なビームを除いて、放射線を吸収するようにX線管装置。 その比較的大きな外部表面には、デバイス内で発生した熱の大半を消費します。 シェルとインサートとの間の空間は、絶縁と冷却を提供するオイルが充填されています。

チェーン

電気回路は、発電機と呼ばれている電源に携帯電話を接続しています。 ソースは、ネットワークから給電され、直流に交流電流に変換されます。 発電機はまた、チェーンのいくつかのパラメータを調整することができます：

• KV - 電圧又は電位。
• MA - 管を通って流れる電流。
• S - 時間又は露光時間、第二の画分です。

回路は、電子の移動を提供します。 彼らは、発電機を通過し、エネルギーを充電し、アノードにそれを与えるされています。 彼らの動きとして2つの変換が発生します。

• 電気ポテンシャルエネルギーが運動エネルギーに変換されます。
• 運動は、今度は、X線放射及び熱に変換されます。

可能性

電子がフラスコに到着すると、それらは、アノードとカソードとの間のKV電圧の量によって決定される可能性のある電気エネルギーを、有します。 X線管は、各粒子が1 keVのを持たなければならない1つのKVを生成する電圧で作動させました。 KVを調整することにより、オペレータは、各電子はエネルギーの一定量で与えます。

動態

排気X線管における低圧排出及びアノードにカソードから放出された熱電気力の作用下で粒子を許可し（15℃で、10 ^{-6〜10 -7}トル。V.です）。 この力は増加し、速度と運動エネルギーとポテンシャル降順で、その結果、それらを加速します。 粒子は、陽極上に着地すると、その可能性は失われ、そのエネルギーのすべてを運動エネルギーに変換されます。 100 keVの電子の半分よりも大きい速度に達する 光の速度。 粒子の表面をぶつけると、非常に迅速に減速し、その運動エネルギーを失うています。 彼女は、X線や熱に変わります。

電子は、アノード材料の個々の原子と接触します。 軌道（X線光子）と、コア（制動放射）との相互作用によって生成される放射。

結合エネルギー

原子内の各電子は、後者の大きさおよび粒子が配置されるレベルに依存する特定の結合エネルギーを有しています。 結合エネルギーは、特性X線の発生に重要な役割を果たし、原子から電子を除去するために必要とされます。

制動放射

制動放射は、光子の最大数を生成します。 電子はアノード材料に浸透し、核に近接して延在する、偏向重力原子を減速しました。 この会議の間に失われた彼らのエネルギーは、X線光子の形で表示されます。

の範囲

ほんの数光子は電子エネルギーに近いエネルギーを持っています。 それらの大半は、それが低くなっています。 コアを包囲するスペースまたはフィールドが存在すると仮定し、前記電子経験力「阻害」。 このフィールドには、ゾーンに分割することができます。 これは、中央にターゲット原子のフィールドコアのビューを提供します。 ターゲット内の任意の場所に落下する電子は減速されて、X線光子を発生します。 中心に最も近い秋の粒子は、最もさらされているため、非常に高エネルギーの光子を生成する、最もエネルギーを失います。 電子が経験アウターゾーンに入る 弱い相互作用を し、より低いエネルギーの光子を生成します。 エリアが、彼らは核からの距離に応じて異なる面積を持っていることを、同じ幅を有します。 ゾーン上の粒子の入射の数は、その総面積に依存するので、外部領域はより多くの電子を捕獲し、より多くの光子を生じさせることは明らかです。 エネルギーX線スペクトルは、このモデルによって予測することができます。

E _maxの電子に対応するE _maxの光子主制動放射スペクトル。 この点以下、光子エネルギーの減少に伴ってその数を増加させます。

それらは、アノードチューブ又はボックスフィルタの表面を通過しようとするような低エネルギーの光子のかなりの数は、吸収又は濾過しました。 フィルタリングは、ビームが通過する材料の組成及び厚さに一般的に依存し、これは、低エネルギースペクトル曲線の最終形態を決定します。

影響KV

スペクトルの高エネルギー部分はキロボルト（キロボルト）に電圧X線管を判定する。 それは陽極に到達する電子のエネルギーを決定し、光子がこれよりも大きい電位を持つことができないためです。 X線管を実行している任意の電圧下では？ 最大光子エネルギーは最大印加電位に相当します。 この電圧は、交流ネットワークによる露光中に変化することができます。 この場合、E _maxのピーク電圧は、光子発振周期KV _pによって決まります_。

さらに電位QUANTAは、KV _pはアノードに到達する電子の与えられた数だけ生成された放射線の量を決定します。 制動放射の総効率はKV _pが決定される入射電子のエネルギーが増加すると、増加しているので_、これはKV _pはデバイスの効率に影響を与えることを意味します。

KV _pを変更し_、通常のスペクトルを変えます。 エネルギー曲線下の総面積は、光子の数を表します。 フィルタリングされていないスペクトルは、三角形、及び四角形のKVに比例して放射線量です。 フィルタの存在下でも、濾過放射線の割合を減少光子のKV増加浸透を増加させます。 これは、増加した放射収量につながります。

特徴的な放射線

特徴的な放射を生成する相互作用の種類は、軌道電子と高速衝突を含みます。 粒子の一部のEは原子の結合エネルギーよりも大きいがある場合の相互作用は、唯一の場所を取ることができます。 この条件を満たし、かつ衝突があるされると、電子がノックアウトされます。 これは、粒子高いエネルギーレベルで満たされた開位置を、残します。 我々は移動する電子は、X線光子の形態で放出されるエネルギーを与えます。 Eは、アノードが製造される光子の特性化学元素であるためには、特性放射線と呼ばれています。 例えば、E = 69.5 keVの電子とがノックされたKタングステン層_接続は 、空孔がE = 10.2 keVのとLレベルの_通信からの電子で満たされています。 特性X線光子は二つのレベル、または59.3 keVの間の差に等しいエネルギーを有します。

実際には、負極材料は、特性X線のエネルギーの数につながります。 様々なエネルギーレベルで電子（K、L、等）の粒子を衝撃ノックすることができ、空孔がエネルギーレベルの多様で充填することができるために発生します。 空孔のLレベルは、光子を生成し、そのエネルギーは、画像診断に使用するための小さすぎるされています。 各特性エネルギーが必要と電子源を示す指標で、オービタル、前記空孔を示す指示が与えられます。 アルファ（α）Lレベルから電子を充填するのインデックスを示し、及びベータ（β）は、MまたはNの充填レベルを示します

• スペクトラムタングステン。 金属の特徴的な放射は、いくつかの離散的なエネルギーからなる線スペクトルを生成し、制動が連続的な分布を生成します。 各特性エネルギーによって作成された光子の数は、空孔Kレベルを充填する確率が軌道に依存することを特徴とします。
• スペクトラムモリブデン。 17.9 keVの19.5 keVのでK-βでK-α：マンモグラフィのために使用されるこの金属のアノードは二十分な強度特性X線のエネルギーを生成します。 コントラストとの間の最適なバランスを達成することを可能にするX線管の最適範囲、 照射線量 Eの_P = 20 keVの時に達成される平均乳房のサイズを。 しかし、制動放射は、より多くのエネルギーを作り出します。 スペクトルの不要な部分を除去するためのマンモグラフィ装置でモリブデンフィルタを使用します。 フィルターはK-エッジ«の原理で動作します。」 これは、Kレベルのモリブデン原子に結合エネルギー過剰電子の放射を吸収します。
• ロジウムのスペクトル。 ロジウムは原子番号45、及びモリブデンを有する - 42は、したがって、ロジウムアノードの特性X線がモリブデンより浸透よりもわずかに高いエネルギーを有することになります。 これは、高密度の乳房を画像化するために使用されています。

二重表面積、モリブデン、ロジウムとの陽極は、異なるサイズおよび密度の乳房のために最適化された分布を選択するためにオペレータを可能にします。

スペクトルKVへの影響

KV値が大幅に少ないKV Kエネルギーレベルの電子場合は、生成されない放射特性、すなわちK.影響を与えます。 KVがこの閾値を超えたときに、放射線の量は、差と閾値KV管KVに比例します。

装置から放射されたX線ビームの光子のエネルギースペクトルは、いくつかの要因によって決定されます。 原則として、それは制動放射特性の相互作用で構成されています。

スペクトルの相対的組成は、アノード材料、KV及びフィルタに依存します。 タングステンアノード放出特性を有するチューブにKV <69,5 keVので形成されていません。 診断試験において使用されるHFの高い値で、特性放射線は25％に全放射を増加させます。 モリブデンデバイスは、それが総発電容量の大部分に達する可能性があります。

効率

電子のみによって供給されるエネルギーの小部分が放射線に変換されます。 主要画分を吸収して熱に変換されます。 合計の割合が一般的な電気付与陽極から電力を放射として放射効率が定義されています。 X線管の効率を決定する要因は、次の近似比電圧KVと原子番号Zに印加されます。

• 効率= KV第X Z×10 ^-6。

効率とKVとの関係は、X線装置の実用上の特有の効果を有しています。 チューブの発熱にそれらが消散することができる電力の数に制限があります。 これは、デバイス制限の容量に課します。 増加KVで、しかし、熱のいずれかによって生成される放射の量が大幅に増加します。

ほとんどのデバイスは、タングステンを使用したため、アノードの組成にX線発生の効率の依存性は、学問的関心があります。 例外は、マンモグラムで使用される、モリブデン及びロジウムです。 これらのデバイスの効率は、その低原子番号のタングステンのため大幅に低いです。

有効

効率X線管は、装置を通過する各1個のmAsの電子の焦点から1メートルの距離で有用ビームの中心における点に送達millirentgenah照射量として定義されます。 その値は、X線放射で荷電粒子のエネルギーに変換するデバイスの能力を表します。 それはあなたが患者の暴露、およびスナップショットを決定することができます。 効率は、装置の効率はKV、電圧波形、アノード材料とフィルタ装置と使用時に表面損傷の程度を含むいくつかの要因に依存します。

KV-管理

電圧KV X線管が効果的に出力放射を制御します。 原則として、出力はKVの二乗に比例することが想定されます。 KVの露出を倍増して4倍に増加します。

波形

波形はKVが電源の周期性に起因する放射の生成中に時間と共に変化する方法を記載しています。 いくつかの異なる波形を使用していました。 一般的な原理は、形状KVにおける小さい変化は、X線放射を効率的に製造されます。 近代的な設備は比較的一定のKVと発電機を使用していました。

X線管：メーカー

オックスフォードインスツルメンツ社は、ガラス、250 Wの電源、4-80キロボルト電位、焦点スポット10ミクロンとアノード材料の広い範囲、Tを含む様々なデバイスを製造している。H.銀、金、コバルト、クロム、銅、鉄、モリブデン、パラジウム、ロジウム、チタン、W.

バリアンは医療、工業用X線管の400以上の異なる種類を提供しています。 他の知られている生産者はDunlee、GE、フィリップス、島津製作所、シーメンス、東芝、IAE、杭州Wandong、Kailongらです。

ロシアではX線管「スベ-レントゲン」を生産。 回転及び固定アノード会社と従来のデバイスに加えて、制御された冷陰極の光束のデバイスを製造しています。 次のデバイスの利点：

• 連続およびパルスモードで動作します。
• 慣性の欠如。
• LED電流の強度を調節します。
• スペクトル純度。
• 変化する強度のX線放射の可能性。