As de X-ray buizen wurkje?

X-rays wurde generearre troch it omsette fan it enerzjy fan de elektroanen oan fotoanen, dat foarkomt yn 'e X-ray tube. Kwantiteit (exposure) en kwaliteit (spektrum) strieling kin oanpast wurde troch feroarjende de hjoeddeiske, spanning en tiid fan it ynstrumint.

prinsipe fan operaasje

X-ray buizen (foto jûn yn it artikel) binne enerzjy converters. Se krije it fan it netwurk en omsetten yn oare foarmen - ynkringende strieling en waarmte, dat lêste is in net winske byprodukt. X-ray tube apparaat sa dat it maximizes de produksje fan fotoanen en verdwijnt de waarmte sa gau as mooglik.

De buis is in betreklik ienfâldige apparaat, meastal besteande út twa basis eleminten - een cathode en in anode. Wannear't hjoeddeistige streamt út de cathode nei it anode, de elektroanen ferliest enerzjy, dy't liedt ta de generaasje fan X-rays.

anode

De anode is in komponint, wêrby't de útstjit fan hege-enerzjy fotoanen produsearre. Dat is in relatyf massaal metalen elemint dy't ferbûn is mei de positive peal fan de elektryske sirkwy. It hat twa wichtichste funksjes:

• It set de elektron enerzjy yn röntgenstrieling,
• It verdwijnt waarmte.

It materiaal foar de anode is selektearre om te fergrutsjen dizze funksjes.

It leafst, it grutste part fan de elektroanen moatte foarmje in hege-enerzjy fotoanen, ynstee fan waarmte. Ferhâlding fan de totale enerzjy, dat is omboud ta X-strieling (COP) hinget fan twa faktoaren:

• atoomnûmer (Z) fan 'e anode materiaal,
• elektron enerzjy.

Yn de measte x-ray buizen as materiaal fan de anode brûkt wolfraam, waans atoomnûmer is gelyk oan 74. Neist de grutte Z, dit metaal hat beskate oare skaaimerken dy't meitsje dat geskikt is foar dit doel. Tungsten is unyk yn syn fermogen om te behâlden krêft doe't ferwaarme, hat in hege raanpunt en in lege ferdamping taryf.

Foar in soad jierren, it anode wurdt makke fan klearebare wolfraam. De lêste jierren, wy begûn te brûken dit metaal legearing mei rhenium, mar allinnich oan 'e oerflakte. Sels anode ûnder de wolfraam-rhenium coating makke fan ljocht materiaal, goede waarmte-opslach. Twa sokke stoffen binne Molybdenum en grafyt.

De X-ray buis brûkt foar mammography, wurdt makke mei it anode, bedekt mei Molybdenum. Dat materiaal hat in tuskenlizzende atoomnûmer (Z = 42), dy't genereart fotoanen mei karakteristike enerzjy, geskikt foar opnimmen boarst. Guon mammography apparaten ek hawwe in twadde anode, foarme út rhodium (Z = 45). Dit makket it mooglik om te fergrutsjen enerzjy en berikken gruttere penetraasje foar tichte boarsten.

It brûken fan wolfraam-rhenium alloy ferbettert de lange-termyn strieling útfier - mei de tiid effisjinsje apparaten mei anode makke fan klearebare wolfraam wurdt werombrocht fanwege termyske skea oan it oerflak.

It grutste part fan 'e anode hat de foarm fan' e tapered skyfkes en fêst oan 'e motor skacht, dat draait se by relatyf hege snelheden op it momint fan de útstjit fan X-rays. It doel fan de rotaasje - it fuortheljen fan waarmte.

focal spot

De X-ray generaasje diel net it hiele anode. It komt foar yn in lyts gebiet fan har oerflak - it brânpunt plak. Ofmjittings lêste bepaald grutte fan it elektron beam komme út de cathode. Yn it grutste part fan it hat in rjochthoekige foarm ferskilt binnen 0.1-2 mm apparaten.

De x-ray buis ûntwerp mei in bepaalde omfang fan it brânpunt plak. De lytsere it is, it minder beweging blur en hegere skerpte, en wat mear is, hoe better waarmte fersiljen.

Fokale spot grutte is in faktor dy't moat beskôge wurde as te kiezen foar de X-ray tube. Fabrikanten produsearje apparaten mei lytse fokale plak, dêr't is it nedich om te berikken hege resolúsje en lytse genôch strieling. Bygelyks, it is nedich yn 'e stúdzje fan' e lytse en teare dielen fan it lichem as yn mammography.

De X-ray tube benammen produsearje fokale plakken mei twa maten - grut en lyts, dy't kin wurde selektearre troch de operator yn oerienstimming mei de ôfbylding foarmjen proseduere.

cathode

De wichtichste funksje fan de cathode - te generearjen elektroanen en sammeljen se yn in beam rjochtsje oan it anode. It algemien bestiet út in lyts spiraal tried (gloeitried) ynbêde yn in beker-foarmige recess.

Elektroanen foarby troch it circuit kin net normaal ferlitte de dirigint en lit in frije romte. Lykwols, se kin net oars, as se krije genôch enerzjy. Yn in proses bekend as termyske útstjit, de waarmte brûkt te ferdriuwen de elektroanen út de cathode. Dit wurdt mooglik doe't de druk yn in ûntromme x-ray tube berikt 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. Keunst. It jern wurdt ferwaarme op deselde wize as in spiraal gloeitried lampe troch passing in aktueel therethrough. Wurk cathode ray buis wurdt beselskippe troch ferwaarming oan in temperatuer luminescence ferpleatsing termyske enerzjy dêrút de elektroanen.

Balloon

De anode en cathode wurde opnommen yn in fersegele húsfesting - silinder. De ballon mei ynhâld wurde faak oantsjutten as in insert, dat hat in beheind libben en kinne wurde ferfongen. De x-ray buis algemien hawwe in glêzen bulb, alhoewol't metaal en keramyske silinders brûkt foar guon applikaasjes.

De wichtichste funksje is it stypjen fan de kontener en de isolemint fan it anode en de cathode, en ûnderhâld fakuüm. De druk yn de ûntromme x-ray tube by 15 ° C is 1.2 × 10 ^-3 Pa. De oanwêzigens fan gas yn 'e tank soe tastean elektrisiteit te stromen fia it apparaat frij, net allinnich yn de foarm fan in elektron beam.

húsfesting

X-ray tube apparatus sa dat, neist de doarpspôle en stipe fan de oare ûnderdielen, dat tsjinnet as in skyld lichem en absorbeert de strieling, útsein foar de brûkbere beam passing troch it rút. Its relatyf grutte eksterne oerflak verdwijnt measte fan 'e waarmte opwekt yn it apparaat. De romte tusken de skyl en de ynfoegje is fol mei oalje, dat jout isolaasje en cooling is.

chain

De elektryske circuit ferbynt de telefoan oan in macht boarne, dy't hjit in generator. Boarne wurdt oandreaun fan it netwurk en set de wikselstroom te direct aktuele. De generator ek kinne jo oanpasse guon parameter fan de keatling:

• KV - voltage of elektryske potinsjele;
• MA - current dy't streamt troch de buis;
• S - Duration of Exposure tiid, yn fraksjes fan in twadde.

De circuit jout de beweging fan de elektroanen. Se binne belêste mei enerzjy, lâns troch de generator, en jow it oan de anode. As harren beweging optreedt twa transformaasjes:

• elektryske potinsjele enerzjy wurdt omboud ta Kinetic enerzjy;
• Kinetic, in beurt, wurdt omboud ta X-ray strieling en waarmte.

potential

As de elektroanen komme yn 'e flesse, se besitte potinsjele elektryske enerzjy, dat wurdt bepaald troch it bedrach fan KV spanning tusken de anode en de cathode. De X-ray tube waard eksploitearre op in spanning op te wekken 1 KV dêr't elts dieltsje moat 1 Kev. Troch it oanpassen fan de KV, de operator jout elke elektron is in beskaat bedrach fan enerzjy.

kinetics

Lege druk yn in ûntromme x-ray tube (by 15 ° C is it 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. V.) Jout de dieltsjes ûnder de aksje fan útstjit en thermionic elektryske krêft ynfoege, út 'e cathode nei it anode. Dizze krêft accelereert se, wat resultearret yn ferhege snelheid en Kinetic enerzjy en potinsjele descending. Wannear't in dieltsje lannen op 'e anode, syn potinsjeel is ferlern, en alles fan har enerzjy wurdt omboud ta Kinetic enerzjy. 100-Kev elektron berikt dêr in snelheid grutter as de helte ljocht snelheid. Opfallend it oerflak fan it dieltsje wurdt fertraging hiel fluch en ferlieze harren Kinetic enerzjy. Se draait nei X-rays of waarmte.

Elektroanen komme yn kontakt mei de yndividuele atomen fan it anode materiaal. Strieling oanmakke troch harren ynteraksje mei orbitals (X-ray fotoanen), en mei in kearn (bremsstrahlung).

binding enerzjy

Elts elektron yn in atoom hat in beskate binende enerzjy, dat hinget ôf fan de grutte fan 'e lêste en it nivo dêr't it dieltsje wurdt leit. It binende enerzjy spilet in wichtige rol yn de generaasje fan it karakteristike X-rays en is nedich om te smiten in elektron fan in atoom.

bremsstrahlung

Bremsstrahlung produsearret it grutste oantal fotoanen. De elektroanen kringen yn de anode materiaal en it útwreidzjen fan tichtby de kearn, tsjin en decelerated gravitasjonele krêft atoom. Harren enerzjy ferlern by dizze gearkomste ferskynt yn 'e foarm fan X-ray foton.

berik fan

Allinne in pear fotoanen hawwe in enerzjy ticht by it elektron enerzjy. De mearderheid fan harren is it leger. Der fan út dat der in spaasje of fjild om de kearn, dêr't de elektroanen ûnderfining krêft "remming." Dit fjild kin ûnderferdield wurde yn sônes. Dit jout in werjefte fan it fjild kearn fan de doelgroep atoom yn it sintrum. Elektroanyske falle rûnom yn de doelgroep wurdt decelerated en genereart in X-ray foton. Dieltsjes dy't falle tichtst by it sintrum, binne meast bleatsteld en dêrom ferlieze de measte enerzjy, produsearjen tige heech-enerzjy fotoanen. Elektroanen oangean fan de bûtenste sône Feart in swakke ynteraksje en generearje fotoanen fan legere enerzjy. Hoewol't it gebiet hawwe deselde breedte, dat se hawwe in oare gebiet ôfhinklik fan de ôfstân fan de kearn. Sûnt it tal dieltsjes ynsidint op 'e sône, hinget ôf fan syn totale gebiet, is it foar de hân dat de eksterne gebiet feroverje mear elektroanen en feroarsaakje mear fotoanen. enerzjy X-ray spektrum kin foarsein troch dit model.

E _max fotoanen wichtichste bremsstrahlung spektrum oerienkomt mei E _max elektroanen. Hjirûnder dit punt, mei ôfnimmend foton enerzjy fergruttet hjar tal.

In oansjenlik tal fotoanen fan lege enerzjy geabsorbeerd of filtere, as se besykje om troch it oerflak fan 'e anode buis of box filter. Filtering is oer it algemien ôfhinklik fan de gearstalling en de dikte fan it materiaal troch dêr't de bondel foarby, en dat bepaalt de definitive foarm fan it lege-enerzjy spektrum kromme.

ynfloed KV

De hege-enerzjy diel fan it spektrum bepaalt de spanning x-ray buizen yn kV (kilovolt). Dat komt omdat it bepaalt de enerzjy fan de elektroanen berikken e anode, en fotoanen kin net hawwe de potinsjele grutter as dit. Under eltse voltage running X-ray tube? De maksimum foton enerzjy komt oerien mei de maksimale tapaste potinsjeel. Dit voltage kin fariearje yn bleatstelling fanwege de wikselstroom netwurk. Yn dit gefal, E _max peak voltage bepaald troch foton oscillation perioade KV _p.

Fierder potinsjele quanta, KV _p bepaalt it bedrach fan de strieling opwekt troch in opjûne oantal elektroanen it berikken fan de anode. Sûnt de totale effisjinsje fan bremsstrahlung strieling wurdt ferhege troch it ynsidint elektron enerzjy tanimt, dat wurdt bepaald KV _p, dat ymplisearret dat de KV _p effekt op de effisjinsje fan it apparaat.

It feroarjen fan KV _p, meastal feroarje it spektrum. It totale gebiet ûnder de enerzjy bocht stiet foar it oantal fotoanen. Ongefilterd spektrum is in trijehoeke, en it bedrach fan de strieling yn ferhâlding mei it plein KV. Foar de eagen fen 'e filter ferheget KV ferheging penetraasje fan fotoanen, dy't fermindert it persintaazje fan' e filtere strieling. Dat liedt ta ferhege strieling opbringst.

karakteristike strieling

It type fan de ynteraksje, dat genereart it karakteristike strieling bestiet út hege snelheid botsing mei orbital elektroanen. Ynteraksje kin allinne plakfine as in diel E fan _it dieltsje hat grutter as de binende enerzjy fan in atoom. As dizze betingst foldien wurdt, en der is in oanriding, it elektron is fleach út. Dêrtroch bliuwt iepen posysje, ynfolle troch it dieltsje in heger enerzjy nivo. As wy bewege it elektron jout enerzjy ynfoege, yn 'e foarm fan X-ray foton. It hjit de karakteristike strieling, sûnt E is it foton karakteristike gemysk elemint út dêr't de anode wurdt makke. Bygelyks, as in elektron wurdt kloppe K wolfraam laach _ferbining mei E = 69.5 Kev, de fakatuere wurdt fol mei in elektron fan de L-nivo _{kommunikaasje} mei E = 10,2 Kev. Karakteristike X-ray foton hat enerzjy gelyk oan it ferskil tusken de twa nivo 's, of 59.3 Kev.

Yn feite is de anode materiaal liedt ta in oantal karakteristike X-ray de enerzjy. Dat bart omdat elektroanen op ferskate enerzjy nivo 's (K, L, ensfh) wurde kin kloppe bombarding dieltsjes en de fakatueres meie wurde fol mei in ferskaat oan enerzjy nivo. Wylst de fakatueres L-nivo generearret fotoanen en harren enerzjy binne te lyts foar gebrûk yn diagnostyske imaging. Eltse karakteristike enerzjy wurdt jûn in oantsjutting dy't oanjout it orbital, wêrby't in fakatuere, mei in yndeks, dy't sjen lit in elektron boarne nedich. alfa (α) denotes de yndeks fan vullen elektron út L-nivo, en beta (β) jout de folling nivo fan M of N.

• Spektrum wolfraam. De karakteristike útstrieling fan it metaal levert in liniearre spektrum bestiet út ferskate diskrete techniken en braking generearret trochrinnende ferdieling. It oantal fotoanen makke troch elke karakteristike enerzjy, karakterisearre yn dat de kâns dat it ynfoljen de fakatuere K-nivo hinget ôf fan de orbital.
• Spektrum Molybdenum. Anodes fan dit metaal brûkt foar mammography, produsearje twa foldwaande yntinsyf karakteristike x-ray enerzjy: K-alfa om 17.9 Kev en it K-beta om 19.5 Kev. In optimaal oanbod fan X-ray buizen, dat makket it mooglik om te kommen ta it bêste lykwicht tusken tsjinstelling en irradiation doasis foar de gemiddelde boarst grutte berikt by E _p = 20 Kev. Mar Bremsstrahlung produsearje mear enerzjy. Yn mammography equipment foar it weinimmen fan winske dielen fan it spektrum brûkt Molybdenum filter. It filter wurket oan it prinsipe fan «K-edge." It absorbearret strieling yn tefolle elektron binende enerzjy op it K-nivo Molybdenum atom.
• It spektrum fan rhodium. Rhodium hat atoomnûmer 45, en Molybdenum - 42. Dêrom, de karakteristike X-rays fan in rhodium anode sil hawwe in wat hegere enerzjy as dy fan Molybdenum en mear tinzen derby. It wurdt brûkt foar imaging dense boarsten.

Anodes mei dûbele oerflak gebieten, Molybdenum, rhodium, aktivearje de operator te selektearjen fan in ferdieling optimalisearre foar boarsten fan ferskillende grutte en tichtheid.

It effekt op it spektrum KV

KV wearde sterk beynfloedet it karakteristike strieling, dws. K. It sil net produsearre as minder KV K-enerzjy nivo elektroanen. Wannear't KV grutter dizze drompel wearde, it bedrach fan de strieling is oer it generaal evenredich mei it ferskil en de drompel KV buis KV.

De enerzjy spektrum fan fotoanen fan X-ray beam ynfoege, út it apparaat wurdt bepaald troch ferskate faktoaren. As regel, dat bestiet út bremsstrahlung en de karakteristike ynteraksje.

De relatyf komposysje fan it spektrum is ôfhinklik fan it materiaal fan de anode, KV en it filter. Yn in buis mei in tungsten anode wurdt karakteristike straffen net by KV <69,5 kev foarme. Op hegere wearden fan CV dy't brûkt wurde yn diagnoaze-stúdzjes, ferheget de karakteristike strieling de totale strieling oant 25%. Yn molybdenum-apparaten kin it measte fan 'e totale generaasje rekkenje.

Effisjinsje

Allinnich in lyts part fan 'e enerzjy dy't troch elektroanen levert wurdt wurdt omdraaid yn straffen. It haaddiel is opnommen en yngewikkeld yn waarmte. De straffe-effektiviteit wurdt definiearre as de fraksje fan 'e totale útstjoerde enerzjy út' e totale elektryske enerzjy dy't oan 'e anode levere wurdt. De faktoaren dy't de effektiviteit fan 'e Röntgenröhre befetsje, binne de tapaste spanning KV en it atoomnûmer Z. It rigelse ferhâlding is sa:

• Effisjinsje = KV x Z x 10 ^-6.

De relaasje tusken effisjinsje en KV hat in spesifike ynfloed op it praktyske gebrûk fan it rayon-apparatuer. Troch heulergeneraasje hawwe de rûgen in bepaalde limyt yn it bedrach fan elektryske enerzjy dy't se ûntlient kinne. Dit liedt in beheining oer de krêft fan it apparaat. Mei de ferheging fan KV wurdt lykwols de oanbod fan strafrjochting foar ienheid ferheegje.

De ôfhannelingen fan 'e effektiviteit fan' e regeneraasje fan 'e anode komposysje is fan allinich akademysk belang, om't de measte apparaten brûke wolfste. Utsûnderingen binne molybdenum en rhodium, brûkt yn mammografy. De effektiviteit fan dizze apparaten is folle leger as dy fan wolfste fanwege har legere atomale nûmer.

Effektiviteit

De effektiviteit fan 'e Röntgenröhre is definiearre as it bedrach fan bestraffing yn milliwarderijen oan in punt yn it sintrum fan' e brûkte beam yn in ôfstân fan 1 m fan 'e lokaal spot foar elke 1 mA elektroanen dy't troch it ynstrumint trochrinne. Its wearde útdrukkt de fermogen fan it apparaat om de enerzjy fan opladde dieltsjes yn 'e r-ray-straat te feroarjen. Liedt jo de eksposysje fan 'e pasjint en de foto te bepalen. LIKE EFFICIENCY hinget de effektiviteit fan it apparaat ôf fan in oantal faktoaren, wêrûnder KV, spanningswellefoarm, anode materiaal, en de mjitte fan skea oan har oerflak, filterje en de tiid fan gebrûk fan it apparaat.

KV Kontrôle

De spanning KV stekt effektyf de útfierstrahling fan 'e r-ray tube. Yn 'e regel wurdt oannommen dat de útfier is proportional oan it plein fan KV. Doubling KV ferheget de eksposysje troch 4 kear.

Waveform

De wierfoarming beskriuwt de manier wêrop KV ôfwikselet mei de tiid yn 'e generaasje fan straffe troch it fysyk aard fan' e spuitferbining. Ferskillende ferskillende triemmen wurde brûkt. It algemiene prinsipe is dat: de lytsere de foarm fan KV, de effisjinterere rayonstraining wurdt makke. Yn moderne apparatuer wurde generators mei in relatyf konstante KV brûkt.

Röntgenröhren: fabrikanten

Oxford Instruments fertelt ferskate apparaten, wêrûnder glêssels mei in krêft fan oant 250 W, in potensjaasje fan 4-80 kV, in fokale plak oant 10 mikrons en in breed oanbod fan anodmaterialen, wêrûnder Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh, Ti, W.

Varian biedt mear as 400 ferskillende soarten medyske en yndustriële regen-rûtes. Oare bekende fabrikanten binne Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong en oaren.

Yn Ruslân wurde Röntgenröhren "Svetlana-Roentgen" makke. Njonken tradisjonele apparaten mei in rotearjende en stasjonale anode fertelt it bedriuw apparatuer mei in kâlde katedraat, kontroleare troch in ljocht flux. De foardielen fan it apparaat binne:

• Wurkje yn trochgeande en pulsearre middels;
• Fermogen fan inertia;
• Regeling fan 'e aktuele yntensiteit fan' e LED;
• Reinigens fan it spektrum;
• De mooglikheid om x-rays fan ferskillende yntensiteit te krijen.