Röntgen tüpleri gibi çalışır?

X-ışınları X-ışını tüpü içinde meydana fotonlara elektronların enerjisini, dönüştürülmesiyle oluşturulur. Miktar (poz) ve kalite (spektrum) radyasyon aracının akım, voltaj ve zamanı değiştirilerek ayarlanabilir.

Çalışma prensibi

Röntgen tüpleri (makalesinde verilen fotoğraf) enerji dönüştürücüler vardır. ikinci istenmeyen bir yan ürün olan, radyasyon ve ısı nüfuz - Bunlar ağdan alır ve diğer formlarına dönüştürülebilir. X-ışını bu fotonlar üretimini maksimize eder ve mümkün olduğu kadar hızlı bir şekilde ısı kalır, öyle ki boru cihazı.

bir katot ve bir anot - boru tipik olarak, iki temel unsurları içeren nispeten basit bir aygıt vardır. mevcut katottan anoda doğru akar, elektronlar X-ışınlarının üretilmesi için neden enerji kaybeder.

anot

anot, yüksek enerjili fotonların emisyon üretilen burada bileşenidir. Bu elektrik devresi pozitif kutbuna bağlı olan nispeten büyük metal elemanıdır. Bu iki ana işlevi vardır:

• Bu, X-ışını radyasyonu içine elektron enerjisini dönüştüren
• Bu ısı yayar.

anot malzeme bu fonksiyonları geliştirmek için seçilir.

İdeal olarak, elektron en çok ısı daha yüksek enerjili fotonlar oluşturur gerekir. X-radyasyonu (COP) 'e dönüştürülür, toplam enerji, oranı iki faktöre bağlıdır:

• Anot malzemesi atom numarası (Z),
• elektron enerjisi.

Atom numarası anot kullanılan tungsten, bir malzeme gibi en X-ışını tüpleri içinde büyük Z ek olarak 74'e eşit olan, bu metal, bu amaç için uygun hale getirmek diğer bazı özelliklere sahiptir. Tungsten ısıtılmış, yüksek bir erime noktasına ve düşük buharlaşma oranı olduğunda gücünü korumak için kabiliyeti açısından benzersizdir.

Uzun yıllar boyunca, anot saf tungsten yapılır. Son yıllarda, biz ancak sadece yüzeyde, renyum de bu metal alaşım kullanmaya başladı. hafif malzeme, iyi bir ısı-depolama yapılmıştır tungsten renyum kaplamanın altında Öz anot. Bu tür iki maddeler molibden ve grafittir.

mamografi için kullanılan X-ışını tüpü, molibden ile kaplanmış anot, ile yapılır. Bu materyal, göğüs kaydedilmesi için uygun karakteristik enerji fotonları üreten bir ara atom numarası (Z = 42) sahip olmasıdır. Bazı mamografi ayrıca rodyum (Z = 45) oluşturulmuş bir ikinci anot sahiptir. Bu sayede enerji artışı ve yoğun memelere için daha fazla nüfuz elde etmeyi mümkün kılar.

saf tungsten yapılmış anot ile zaman verimliliği cihazlarla yüzeyine termal hasar nedeniyle azalır - tungsten renyum alaşımının kullanımı, uzun süreli radyasyon çıkışı artırır.

anodun en konik disk şekline sahiptir ve X-ışınlarının emisyonu sırasında nispeten yüksek hızlarda dönen motor miline sabitlenmiş. Dönme amacı - ısının uzaklaştırılması.

odak nokta

Röntgen nesil parçası değildir, tüm anot. Onun yüzeyinin küçük bir alanda meydana - odak noktasını. Boyutlar geçen katot gelen elektron ışınının boyutu belirlenmiştir. bunun çoğunluğu sahip bir dikdörtgen şekil 0.1-2 mm cihazlar içinde değişir.

odak noktasının belirli bir boyutu x-ışını tüp tasarımı. Ne denli küçükse, daha az hareket bulanıklığı ve yüksek netlik ve ne iyi ısı dağıtımı, daha fazladır.

Odak nokta boyutu X ışını tüpü seçerken dikkate alınması gereken bir faktördür. Üreticiler yüksek çözünürlük ve yeterince küçük radyasyon ulaşmak için gerekli olan küçük odak nokta, sahip cihazlar üretmek. Örneğin, mamografi gibi vücudun küçük ve hassas parçaların çalışma gereklidir.

Büyük ve küçük, görüntü oluşturma prosedüre uygun olarak operatör tarafından seçilebilir: - X-ışını tüpü olarak iki boyutta olan odak noktaları üretir.

katot

Katodun ana işlevi - elektronları üretmek ve anot yönelik bir kiriş içine toplamak için. Genel olarak, fincan biçimli bir girinti içine gömülü bir avuç taşlama tel (filament) oluşur.

devre geçerek Elektronlar normalde iletken bırakıp boş alan terk edemez. onlar yeterli enerji alırsanız Ancak, onlar, bunu yapabilir. Termal emisyon olarak bilinen bir işlemde, ısı katot elektronları çıkarmak için kullanılır. boşaltılmış bir X-ışını tüpünün basıncı 10 ^-6 -10 ulaştığında, bu mümkün olur ^-7 Torr. Mad. İplik bir akım içinden geçirilerek spiral filaman lambası ile aynı şekilde ısıtılır. Çalışma katod ışını tüpü elektron bundan bir sıcaklık lüminesans değiştirme ısı enerjisine ısıtılarak eşlik eder.

balon

Anot ve katot bir sızdırmaz mahfaza içerdiği - silindir. Balon ve içeriği genellikle sınırlı bir ömrü vardır ve değiştirilebilir bir ekleme olarak adlandırılır. Metal ve seramik silindirler, bazı uygulamalar için kullanılan, ancak X-ray tüpü genellikle, bir cam ampul sahiptir.

ana işlevi kabı ve izole desteklemektir anot ve katot, bir ve muhafaza vakum. 15 ° C 'de boşaltılır, x-ışını tüpünün basıncı 1.2 x 10 ^-3 Pa. tankında gazın varlığı elektrik sadece bir elektron ışını biçiminde, serbest cihaz içinden akmasına izin verir.

konut

X-ışını borusu aparatının ve diğer bileşenlerin desteğe ek olarak, bir koruyucu gövde olarak iş görür ve pencereden geçen faydalı kiriş haricinde radyasyonu emer, örneğin, bu. Bu göreceli olarak büyük dış yüzeyi cihazında üretilen ısının en dağılır. kabuk ve ekin arasındaki boşluk yalıtım ve soğutma sağlayan bir yağ ile doldurulur.

zincir

elektrik devresi, bir jeneratör olarak adlandırılır, bir güç kaynağı için telefon bağlanır. Kaynak ağdan güç ve akım yönlendirmek için alternatif akımı dönüştürür edilir. jeneratör ayrıca zincirin bazı parametreler ayarlamasını sağlar:

• KV - voltaj ya da elektrik potansiyeli;
• MA - akım borusu içinden akar;
• S - süresi veya maruz kalma süresi, saniyenin kesirleri içinde.

Devre elektron hareket sağlar. Onlar jeneratör geçerek, enerjiyle yüklü ve anot vereceksin bunu. Onların hareketi olarak iki dönüşümler oluşur:

• Elektrik potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüştürülür;
• kinetik da, röntgen radyasyon ve ısıya dönüştürülür.

potansiyel

Elektronlar şişede geldiğinde, bunlar anot ve katot arasında KV voltaj miktarı ile belirlenir, potansiyel elektrik enerjisi sahiptirler. X-ışını tüpü her parçacık 1 keV olmalıdır 1 KV oluşturmak için bir gerilim çalıştırılmıştır. KV ayarlayarak, operatör, her elektron enerji belirli bir miktar verir.

kinetik

boşaltılmış bir X-ışını tüpünün düşük basınç emisyon ve katottan anoda en yayılan termiyonik elektrik gücünün etkisi altında parçacıkları verir (15 ° C 'de 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. V.). Bu kuvvet artışı hızı ve kinetik enerji ve potansiyel azalan sonuçlanan onları hızlandırır. Bir parçacık anot üzerinde durduğunda, potansiyel kaybolur ve tüm enerjisini kinetik enerjiye dönüştürülür. 100 keV elektron yarım devri ulaşır ışık hızı. parçacığın yüzeyini çarpıcı çok hızlı yavaşlama ve kinetik enerji kaybetmek. O röntgen veya ısıya dönüşür.

Elektronlar anot malzemenin tek tek atomu ile temas haline gelir. Radyasyon orbital (X-ışını fotonlar) ile etkileşimi ile oluşturulur ve bir çekirdek (ışınlanan) ile yıkanmıştır.

bağlanma enerjisi

Bir atomun elektron her ikinci büyüklüğü ve parçacık bulunduğu seviyenin bağlı olarak belirli bir bağ enerjisi, yer alır. bağlama enerjisi karakteristik X-ışınlarının üretilmesi önemli bir rol oynar ve bir atomdan bir elektron çıkarmak için gereklidir.

bremsstrahlung

Işınlanan fotonlar fazla sayıda üretir. elektronlar anot malzemesi içine nüfuz ederek ve çekirdeğe yakın olarak uzanan, saptırılır ve çekim kuvveti atomu yavaşlamıştır. bu toplantı sırasında kaybedilen enerji X-ışını foton biçiminde görünür.

aralığı

Sadece birkaç fotonlar elektron enerjisine enerji yakın var. Bunların çoğunluğu düşüktür. göbeği çevreleyen bir boşluk veya alan, burada elektron deneyim güç olduğunu varsayalım "inhibisyon". Bu alan bölgelere bölünebilir. Bu merkezi hedef atomunun alan çekirdek bir görünüm verir. hedefteki yerde düşen Elektronik yavaşlayan ve bir X-ışını fotonu oluşturur edilir. merkeze yakın düşen parçalar, en maruz kalan ve bu nedenle çok yüksek enerjili fotonlar üreten, en çok enerji kaybederler. Elektronlar bir deneyimi dış zona girdikten zayıf bir etkileşim ve alt olan fotonlar oluşturur. alana rağmen bunlar çekirdeği olan mesafeye bağlı olarak, farklı bir alana sahip olduğu, aynı genişliğe sahiptir. dilimine parçacıklar olayla sayısı toplam alana bağlı olduğundan, dış alan daha elektronları yakalamak ve daha fotonlar neden olduğu açıktır. Enerji X-ışını spektrumu, bu model tarafından tahmin edilebilir.

_Emax elektron tekabül _Emak fotonlar ana bremsstrahlung spektrumu. Bu noktada Aşağıda, birlikte foton enerjisini azaltarak onların sayısını artırır.

düşük enerjili fotonların büyük bir kısmı, emilen ya da anot boru ya da kutu filtrenin yüzeyine geçmesine için bir girişim olarak, filtre edildi. Filtreleme ışını geçtiği malzemenin bileşimine, kalınlığına ve genel olarak bağlıdır ve bu düşük enerji spektrumu eğrisinin nihai şeklini belirler.

etkisi KV

spektrumun yüksek enerjili kısmı kV (kilovolt) voltaj, x-ışını tüpleri belirler. Bu anot ulaşan elektronların enerjisini belirlediğinden, bu ve fotonlar, bu daha potansiyel büyük olamaz. herhangi bir gerilim çalışan X-ışını tüpü altında? Maksimum foton enerjisi en yüksek uygulanan potansiyel karşılık gelir. Bu gerilim nedeniyle alternatif akım şebekesine maruz kalma sırasında değişebilir. Bu durumda, _Emaks tepe voltaj foton salınım süresi KV _{p belirlenir.}

Bundan başka, potansiyel Kuantum KV _s anot ulaşan elektron belirli bir sayıda tarafından üretilen radyasyon miktarını belirler. frenleme radyasyonu toplam verim KV _p belirlenir olay elektron enerjisi arttıkça, artmış _olduğundan, bu KV _s cihazının verimliliği etkiler anlamına gelmektedir.

KV _{p değiştirilmesi,} genellikle spektrumu değiştirebilir. enerji eğrisi altındaki toplam alan foton sayısını temsil eder. Filtrelenmemiş spektrumu bir üçgen, kare KV orantılı olarak radyasyon miktarıdır. Filtrenin varlığında filtrelenmiş radyasyon oranını azaltır foton KV artış penetrasyonunu artırır. Bu artan radyasyon verimine yol açar.

karakteristik radyasyon

karakteristik radyasyon üretmektedir etkileşim tipi yörünge elektronları yüksek hızlı çarpışma içerir. parçacığın bir kısmı E, bir atom bağlama enerjisinden daha büyük olduğunda Etkileşim tek yer alabilir. Ne zaman bu koşul yerine, ve bir çarpışma elektron elenir vardır. Bu partikül daha yüksek bir enerji düzeyine göre dolu açık pozisyon bırakır. Harekete gibi elektron röntgen foton biçiminde yayılan enerji verir. E anot yapıldığı foton karakteristik elementtir, çünkü karakteristik radyasyon olarak adlandırılır. Örneğin, E = 69.5 keV bir elektron çarpar K tungsten tabakası _{bağlantısı,} boşluk E = 10.2 keV _L-seviyesi bu bir elektron ile doldurulur. Karakteristik X ışını foton iki düzeyde ya da 59.3 keV arasındaki farka eşit enerjiye sahiptir.

Aslında, anot malzemesi karakteristik X-ışını enerjilerinin bir artışına yol açmaktadır. çeşitli enerji seviyelerinde elektronlar (K, L, vs.) parçacıkları bombardıman nakavt edilebilmekte ve bir boş enerji düzeyleri çeşitli dolu olabilir, çünkü bu durum ortaya çıkar. boş L düzeyindeki fotonları üretir ve bunların enerjileri görüntülü teşhiste kullanılmak için çok küçük olsa da. Her bir karakteristik enerji, yörüngesel belirten bir atama verilmiş olup, burada gerekli olan bir elektron kaynağı gösteren bir dizin içeren bir boşluk. alfa (α), L-seviyesinden dolgu elektron indeksini temsil eder, ve P (β) M veya N dolum seviyesini göstermektedir

• Spektrum tungsten. Metal karakteristik radyasyon birkaç ayrı enerjilerin oluşan lineer spektrum üretir ve frenleme sürekli dağılımını oluşturur. Her bir karakteristik enerji ile oluşturulan fotonların sayısı, boşluk K-dolum seviyesi olasılığı yörünge bağlıdır ile karakterize edilir.
• Spektrum molibden. 17.9 keV ve 19.5 keV de K-beta olarak K-alfa: mamografi için kullanılan bu metalin Anotlar iki yeterince yoğun karakteristik x-ışını enerjisi üretir. Buna arasında iyi bir denge elde sağlayan X-ışını tüpleri optimum aralığı, ışınlama dozu _Ep = 20 keV elde ortalama meme boyutu. Ancak Işınlanan fazla enerji üretirler. tayfı kullanılan molibden filtrenin istenmeyen parçaları çıkarmak için mamografi ekipmanında. Filtre K-kenar «prensibi ile çalışır." Bu K düzeyindeki molibden atomunda bağlanma enerjisi fazla elektron radyasyonu absorbe eder.
• rodyum spektrumu. Rodyum atom numarası 45 ve molibden vardır - 42. Bu nedenle, bir rodyum anodun karakteristik X-ışınları molibden ve birden fazla penetre eden daha az daha yüksek bir enerjiye sahip olacaktır. Yoğun göğüsler görüntülemek amacıyla kullanılan.

çift yüzey alanları, molibden, rodyum ile Anotlar, farklı boyut ve yoğunluğunun göğüsler için optimize edilmiş bir dağılımını seçmek için operatörün.

tayfı KV üzerindeki etki

KV değeri büyük ölçüde bu ise daha az KV K-enerji düzeyi elektron imal edilmez, yani. K. karakteristik radyasyon etkiler. KV, bu eşik değerini aştığında, radyasyon miktarı farkı ve eşik KV boru KV genel olarak orantılıdır.

cihazdan gönderilen X-ışını demetinin fotonlarının enerji spektrumu çeşitli faktörler tarafından belirlenir. Bir kural olarak, bu Bremsstrahlung ve karakteristik etkileşim oluşur.

spektrum nispi bileşim anot malzemesi, KV ve filtre bağlıdır. tungsten anot emisyon özelliğine sahip bir tüp içinde KV <69,5 keV de oluşmamaktadır. Diagnostik araştırmalarda kullanılan HF daha yüksek değerlerinde karakteristik radyasyon% 25 toplam radyasyon arttırır. molibden cihazları, toplam üretim kapasitesinin büyük bir kısmını ulaşabilir.

verim

Sadece elektronlar tarafından teslim enerjinin küçük bir kısmı radyasyon dönüştürülür. Ana fraksiyon emilir ve ısıya dönüştürülür. Genel elektrik anot kazandırılan gelen toplam fraksiyon yayılım gücü radyasyon etkinliği tanımlanır. X-ışını tüpü etkinliğini belirleyen faktörler gerilim KV ve atom numarası Z., aşağıdaki yaklaşık oranı uygulanır:

• Verim = KV x Z x 10 ^-6.

verimlilik ve KV arasındaki ilişki X-ray cihazı pratik kullanımı üzerinde belirli bir etkiye sahiptir. Nedeniyle tüpün ısı üretimi için onlar dağıtmak olabilir elektrik enerjisi sayısında bir sınırı vardır. Bu cihaz limit kapasitesine getirir. ısı, bir önemli ölçüde artırır ile KV artan, ancak, radyasyon miktarı üretmiştir.

En cihazlar tungsten kullanıldığından anot kompozisyonuna ilişkin röntgen nesil verimlilik bağımlılığı sadece akademik ilgi çekmektedir. Bunun bir istisnası, mamografide kullanılan molibden ve rodyum vardır. Bu cihazların Verimliliği nedeniyle alt atom numarasının tungsten için oldukça düşüktür.

etki

Verim X-ışını borulu cihazın içinden geçen, her biri 1 mAs elektronlar için odak noktasının 1 m'lik bir mesafede yararlı kirişin merkezinde bir noktaya teslim millirentgenah ışınlama miktarı olarak tanımlanır. Bunun değeri X-ışını radyasyon yüklü parçacıkların enerji dönüştürme cihazı yeteneğini ifade eder. Bu hastanın maruz kalmasını ve anlık belirlemesine olanak sağlar. verim olarak, cihazın etkinliği KV, voltaj dalga şeklinde, anot malzemesi ve filtre cihazına yüzey hasarı derecesi ve kullanım sırasında dahil olmak üzere birçok faktöre bağlıdır.

KV-yönetim

Gerilim KV X-ışını tüpü etkili bir çıkış radyasyon kontrol eder. Kural olarak, çıkış KV karesiyle orantılı olduğu varsayılmıştır. KV pozlama iki katına 4 kat arttırır.

dalga

dalga biçimi güç nedeniyle siklik doğası KV radyasyon üretimi sırasında zamanla değiştiği göre bir yöntem açıklanır. Kullanılmış birkaç farklı dalga şekilleri. Genel ilkedir: şekil KV küçük bir değişiklik, X-ışını radyasyon etkin bir şekilde üretilmektedir. Modern ekipman nispeten sabit KV ile jeneratörler kullanılır.

Röntgen tüpleri: İmalatçıları

Oxford Instruments Company, cam, güç 250 W, 4-80 kV potansiyeli, odak noktası 10 mikron ve anot malzemelerinin geniş bir yelpazesi, t dahil olmak üzere çeşitli cihazları imal etmektedir. H. Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh, Ti, W

Varian tıbbi ve endüstriyel X-ışını tüpleri 400'den fazla farklı türde sunmaktadır. Bilinen diğer üreticilerin Kailong vd Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE Hangzhou Wandong vardır.

Rusya'da Röntgen tüpleri "Svetlana-Röntgen" üretti. Dönen ve sabit anot şirket geleneksel cihazlarda ek olarak kontrollü soğuk katot ışık akısı cihazları imal etmektedir. Aşağıdaki cihazlar yararları:

• sürekli ve darbe modda çalışacaktır;
• Atalet olmaması;
• LED akımı yoğunluğunu ayarlamak;
• tayfı saflık;
• şiddeti değişen X-ışını radyasyon olasılığı.