Mivel az X-ray csövek működik?

X-sugarakat generált átalakításával az energia a elektronok fotonok, amely akkor a röntgencső. Mennyiség (expozíció) és minőségi (spektrum) sugárzás állítható változtatásával áram, a feszültség és az idő az eszköz.

működési elve

X-ray csövek (fotó megadott cikkben) az energia átalakító. Ők kapja meg a hálózat és átalakíthatjuk más formái - áthatoló sugárzás és a hő, az utóbbi a nem kívánatos melléktermék. Röntgencső eszközt úgy, hogy maximalizálja a termelés fotonok és szétszórja a hőt a lehető leggyorsabban.

A csövet egy viszonylag egyszerű eszköz, amely tipikusan két alapvető elem - egy katód és egy anód. Amikor áram folyik a katód felől az anód, az elektronok energiát veszítenek, ami a generációs X-sugarak.

anód

Az anód egy olyan komponens, ahol a kibocsátás nagy energiájú fotonok. Ez egy viszonylag masszív fém elem, amely össze van kötve a pozitív pólusára az elektromos áramkört. Ez két fő funkciója van:

• Ez átalakítja az elektron energia röntgensugárzás,
• Ez a hőt.

Az anyag az anód van kiválasztva, hogy fokozza ezeket a funkciókat.

Ideális esetben, a legtöbb elektronok kell képeznie egy nagy energiájú fotonokat, hanem a hő. Aránya a teljes energia, amely átalakul X-sugárzás (COP) két tényezőtől függ:

• atomszámú (Z) az anód anyaga,
• elektron energia.

A legtöbb X-ray csövek, mint anyag az anód használt volfrám, amelynek atomszáma megegyezik 74. Amellett, hogy a nagy Z, ez a fém van bizonyos egyéb jellemzők, amelyek segítségével erre a célra alkalmas. Tungsten egyedülálló, hogy képes fenntartani erejét hevítve, van egy magas olvadáspontú és egy alacsony párolgási sebesség.

Sok éven át, az anód anyaga tiszta volfrám. Az utóbbi években kezdtük használni ezt a fémötvözet rénium, de csak a felszínen. Self anód alatt volfrám-rénium bevonattal készült könnyű anyagból, jó hő-tároló. Két ilyen anyagok a molibdén és grafit.

Az X-sugár cső használt mammográfia, készül az anód, bevont molibdén. Ez az anyag egy közbenső atomszámú (Z = 42), amely generál fotonok jellegzetes energiával, rögzítésére alkalmas mellkasi. Néhány mammográfiás készülékek is van egy második anódot, kialakítva ródium (Z = 45). Ez lehetővé teszi, hogy növeljék az energia- és a nagyobb penetráció sűrű melleket.

A használata volfrám-rénium ötvözet javítja a hosszú távú sugárzás kimenet - idővel, hatékony eszközök anód- készült tiszta volfrám miatt csökkent a hőkárosodás a felszínre.

A legtöbb az anód az alakja a kúpos tárcsák és rögzítve a motor tengelye, amely forog, hogy viszonylag nagy sebességgel idején a kibocsátott X-sugarak. A cél a forgatás - a hőelvezetést.

fókuszpont

A X-ray generációs része nem az egész anód. Ez történik egy kis területen a felülete - a fókuszpont. Méretek utolsó meghatározott mérete az elektronsugár érkező a katód. A legtöbb ez egy téglalap alakú belül változik 0,1-2 mm-készülékek.

A X-sugár cső kialakítás egy bizonyos méret a fókuszpont. A kisebb ez a kevésbé motion blur és nagyobb élességet, és mi több, annál jobb hőleadás.

Fókuszpont mérete olyan tényező, amely figyelembe kell venni, amikor kiválasztják a röntgencső. Gyártók a készülékek kis fókuszpont, ahol szükség van, hogy elérjék a nagy felbontású és elég kicsi ahhoz sugárzás. Például szükség van rá a tanulmány a kicsi és kényes testrészek, mint a mammográfia.

Az X-sugár cső elsősorban a termék fokális foltok két méretben - nagy és kicsi, ami lehet az üzemeltető által kiválasztott összhangban a képalkotó eljárás.

katód

A fő funkciója a katód - generálására elektronok begyűjtéséhez egy nyaláb irányítani az anód. Ez általában egy kis spirális huzal (izzószál) ágyazott egy csésze alakú mélyedéssel.

Az elektronok áthaladó áramkör általában nem hagyja el a vezetőt, és hagyjuk egy szabad hely. Ezek azonban meg tudja csinálni, ha kap elég energiát. Egy folyamat néven ismert termikus emisszió, a hőt alkalmazunk, hogy kihajtsuk az elektronok a katód. Ez akkor lehetséges, ha a nyomás egy evakuált röntgencső eléri a 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. Art. A fonalat melegítjük ugyanolyan módon, mint a spirál izzólámpa áramot engedünk rajta. Munka katódsugárcső kíséri hőmérsékletre melegítve lumineszcencia eltolódásának hőenergiát azokból az elektronokat.

ballon

Az anód és a katód tartalmazza egy lezárt házban - hengeres. A ballon és annak tartalma gyakran nevezik betét, amelynek élettartama korlátozott, és ki lehet cserélni. Az x-ray cső általában egy üveggömböt, bár a fém és kerámia hengerek használt bizonyos alkalmazásokhoz.

A fő funkciója az, hogy támogassa a tartály és izolálását az anód és a katód, és fenntartása vákuum. A nyomás a evakuált röntgen csőben 15 ° C-on 1,2 × 10 ^-3 Pa. A gáz jelenléte a tartályban lehetővé tenné a villamos energia áramlását az eszközön keresztül szabadon, nem csak formájában egy elektronsugár.

ház

Röntgencső berendezéssel úgy, hogy, amellett, hogy a burkolat és a támogató egyéb komponenseket, ez szolgál egy pajzs test és elnyeli a sugárzást, kivéve a hasznos nyaláb halad az ablakon keresztül. A viszonylag nagy külső felület szétszórja a legtöbb hőt a készülékben. A tér között, a héj és a betét fel van töltve olajjal, amely a szigetelés és a hűtés is.

lánc

Az elektromos áramkör a telefon csatlakozik az áramforráshoz, amely az úgynevezett egy generátor. Forrás táplálja a hálózatról, és átalakítja a váltakozó áram egyenáram. A generátor is lehetővé teszi, hogy beállítsa néhány paraméter a lánc:

• KV - feszültség vagy elektromos potenciál;
• MA - áram átfolyik a csövön;
• S - időtartama vagy expozíciós idő, a másodperc tört része.

Az áramkör biztosítja a mozgását elektronok. Ezek feladata az energia, áthalad a generátor, és adja meg az anód. Ahogy a mozgás két transzformáció:

• villamos potenciál energia alakul át kinetikus energia;
• kinetikus, viszont alakítjuk röntgensugárzást és hő.

potenciális

Amikor az elektronok érkeznek a lombikban, rendelkeznek a potenciális elektromos energiát, ami által meghatározott mennyisége KV feszültség közötti az anód és a katód. A röntgencső működtettük feszültség generálására 1 KV, amely minden egyes részecske kell 1 keV. Módosításával a KV, az üzemeltető ad minden elektron egy bizonyos mennyiségű energiát.

kinetika

Alacsony nyomású evakuált röntgencsövet (15 ° C-on pedig 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. V.) Lehetővé teszi a részecskék hatására emissziós és termoelektromos elektromos erő kibocsátott a katód felől az anód. Ez az erő gyorsítja őket, ami növeli a sebességet és a kinetikus energia és a potenciális csökkenő. Amikor egy részecske földeket az anód, a potenciális elvész, és az összes energia alakul át mozgási energia. 100 keV elektron sebessége eléri a felénél nagyobb fény sebességét. Feltűnő az a részecske felületére lassul nagyon gyorsan és elvesztik mozgási energiát. Megfordul, hogy röntgen-vagy hőt.

Az elektronok érintkeznek az egyes atomok az anód anyaga. Sugárzás által generált kölcsönhatás pályák (X-ray fotonok), és egy mag (bremsstrahlung).

kötési energia

Minden elektron egy atom van egy bizonyos kötési energia, ami függ a méret az utóbbi és a szint, amelyen a részecske található. A kötési energia fontos szerepet játszik a generációs jellemző röntgen és szükséges, hogy egy elektront távolítanak el egy atom.

bremsstrahlung

Fékezési termeli a legnagyobb mennyiségű fotont. Az elektronok behatolnak az anód anyaga és kiterjesztése közel a sejtmagba, deformálódik, és a lelassult gravitációs erő atom. Az elvesztett energia ezen a találkozón formájában jelenik meg az X-ray foton.

tartományban

Csak néhány foton energiája közel az elektron energia. Többségük ez alacsonyabb. Tegyük fel, hogy van egy hely vagy mező a magot körülvevő, ahol az elektronok élményt erő „gátlás”. Ez a mező lehet zónákra osztották. Ez ad egy véve a területen alapvető a cél atom a központban. Elektronikus tartozó bárhol a cél lefékeződik, és létrehoz egy röntgen foton. Hulló középpontjához legközelebb eső, leginkább kitéve, és ezért elveszíti a legtöbb energiát, előállítása igen nagy energiájú fotonok. Az elektronok belép a külső zóna tapasztalható gyenge kölcsönhatás , és ezáltal fotonok alacsonyabb energia. Bár a terület szélessége egyforma, hogy van egy másik területre való távolság függvényében a sejtmagban. Mivel a részecskék száma incidens a terület, attól függ, hogy a teljes terület, nyilvánvaló, hogy a külső terület elfog több elektront, ami több fotont. energiájú röntgen spektruma előre megadható, ha ezt a modellt.

E _max fotonok fő bremsstrahlung spektrum megfelelő E _max elektronokat. Az alábbiakban ezt a pontot, csökkenő fotonenergia növeli azok számát.

Jelentős számú foton alacsony elnyelt energia vagy szűrt, mivel próbálja áthaladjon felületén az anód cső vagy a doboz szűrőt. Szűrés általában függ az összetételtől és az anyag vastagságának, amelyen keresztül a fény áthalad, és ez határozza meg a végleges formáját a kis energiájú spektrum görbét.

befolyás KV

A nagy energiájú része a spektrum határozza meg a feszültség röntgen csöveket kV (kilovolt). Ez azért van, mert ez határozza meg a elektronok energiáját eléri az anód és a fotonok nem rendelkeznek azzal a potenciállal nagyobb, mint ez. Semmilyen feszültség futó röntgencsővel? A maximális fotonenergia megfelel a maximális alkalmazott potenciál. Ez a feszültség alatt változhat expozíciót köszönhető, hogy a váltakozó áram hálózat. Ebben az esetben, az E _max csúcsfeszültség által meghatározott foton rezgési periódus KV _p.

További potenciális kvantumokat, KV _p meghatározza az összeget a sugárzás által generált egy adott számú elektronok eléri az anód. Mivel a teljes hatékonyságát bremsstrahlung sugárzás növeli a beeső elektron energia növekszik, aminek meghatározása KV _p, ez azt jelenti, hogy a KV _p befolyásolja a készülék hatékonyságát.

Változó KV _p, általában megváltoztatják a spektrum. A alatti teljes terület az energia görbe fotonok száma. Szűretlen spektrum egy háromszög, és az összeget a sugárzás arányában tér KV. A jelenlétében a szűrő is növeli KV növekedése penetráció fotonok, ami csökkenti a százalékos aránya a szűrt sugárzást. Ez fokozott sugárzás kitermeléssel.

karakterisztikus sugárzás

A típusú kölcsönhatás, amely előállítja a karakterisztikus sugárzás tartalmaz nagysebességű ütközés orbitális elektronok. Kölcsönhatás csak akkor kerülhet sor, ha egy E. részében _a részecske nagyobb, mint a kötési energiája egy atom. Ha ez a feltétel teljesül, és van egy ütközés, az elektron kiütötte. Ez nyitva hagyja pozícióját, kitöltve a részecske magasabb energiaszintre. Ahogy haladunk az elektron energiát ad kibocsátott formájában X-ray foton. Ezt nevezik a karakterisztikus sugárzás, mivel E a foton jellemző kémiai elem, amely az anód készül. Például, ha egy elektron kopogott K volfrám réteg _kapcsolatot E = 69,5 keV, a megüresedett van töltve egy elektront az L-szintű _{kommunikációt} E = 10,2 keV. Jellemző röntgensugár foton energiával egyenlő a különbség a két szint, vagy 59,3 keV.

Tény, az anód anyagot vezet számos jellemző röntgensugár energiák. Ez akkor fordul elő, mert az elektronok különböző energiaszintet (K, L, stb) lehet kiütötte bombázzák részecskék és a megüresedett lehet tölteni a különböző energiaszintet. Míg a megüresedett L-szint generál fotonok és energiájukat túl kicsi a diagnosztikai képalkotó. Mindegyik jellemző energiát kap egy kijelölés, amely jelzi az orbitális, ahol a megüresedett, az index, amely azt mutatja, egy elektron forrás szükséges. alfa (α) jelöli az index a töltés elektron L-szint, és béta (β) jelzi a töltési szintjét M vagy N.

• Spectrum volfrám. A karakterisztikus sugárzás a fém termel egy lineáris spektrum, amely több diszkrét energiák és fékezési generál folytonos eloszlású. A fotonok száma által létrehozott egyes jellemző energiát, azzal jellemezve, hogy a valószínűsége a töltés a megüresedett K-szint függ az orbitális.
• Spectrum molibdén. Anódok ez a fém használt mammográfia, így két kellően intenzív jellemző röntgen energia: K-alfa 17,9 keV, és a K-béta 19,5 keV. Az optimális tartománya röntgencsövek, amely lehetővé teszi, hogy a lehető legjobb egyensúlyt a kontraszt és a besugárzási dózis átlagos mell mérete elért E _p = 20 keV. Azonban fékezési több energiát termelnek. A mammográfiás berendezés eltávolítja a nem kívánt részeit a spektrum használt molibdén szűrő. A szűrő működése azon az elven «K-él.” Ez elnyeli a sugárzást, a felesleges elektron-kötési energiája a K-szintű molibdén atom.
• A spektrum a ródium. Ródium van atomszámú 45, és a molibdén - 42. Ezért, a jellegzetes X-sugarak egy ródium anód lesz egy kissé magasabb energia, mint a molibdén és áthatóbb. Ezt alkalmazzák leképezésére sűrű melleket.

Anód kettős felületű, molibdén, ródium, hogy a gazdasági szereplő válasszon egy elosztó optimalizált mellek különböző méretű és sűrűségű.

A hatás a spektrum KV

KV értéke nagyban befolyásolja a karakterisztikus sugárzás, azaz a. K. nem kerül elő, ha kevesebb KV K-energiaszint elektronokat. Amikor KV meghaladja ezt a küszöbértéket, az összeget a sugárzás általában arányos a különbséget, és a küszöb KV cső KV.

Az energia spektruma fotonok X-ray kibocsátott fénysugár a készülék több tényező határozza meg. Általános szabály, hogy ez áll a bremsstrahlung és a jellemző kölcsönhatás.

A relatív összetételét a spektrum függ az anód anyaga, KV és szűrjük. Egy cső egy wolfram anód emissziós karakterisztikája nem képződik KV <69,5 keV. Magasabb értékek HF használt diagnosztikai vizsgálatokban, karakterisztikus sugárzás növeli a teljes sugárzás 25%. A molibdén eszközök lehet elérni egy nagy része a teljes termelési kapacitás.

hatékonyság

Csak egy kis része az energia által szállított elektronok alakítjuk sugárzás. A fő frakciót felszívódik, és hővé alakul. sugárzási hatásfok úgy definiáljuk, mint a frakció teljes kisugárzott teljesítmény a General Electric közölt anód. A tényezők, amelyek meghatározzák a hatékonyságot a röntgencső alkalmaznak feszültség kV és atomi száma Z. A megközelítő aránya a következő:

• Hatékonyság = KV x Z x 10 ^-6.

A kapcsolat a hatékonyság és a KV specifikus hatása van a gyakorlati felhasználása röntgen berendezések. Mivel a hőtermelés a cső egy korlátot a villamos energia, hogy el tudjon távozni. Ez ró a kapacitása az eszköz határértéket. A növekvő KV, azonban, az összeget a sugárzás által termelt egyik hő jelentősen növeli.

A függőség a hatékonyság az X-ray generációs összetételére az anód csak akadémiai érdeklődésre tarthat számot, mert a legtöbb használt eszközök volfrám. Kivételt képez ez alól a molibdén és a ródium, használt a mammográfia. Hatékonyság az ilyen eszközök lényegesen kisebb, wolfram, mivel alacsonyabb a rendszámmal.

hatékonyság

Hatékonyság röntgencső definiáljuk mennyiségű besugárzás millirentgenah szállított egy pont a közepén a hasznos nyaláb a parttól 1 m-re a fókuszpont az egyes 1 mAs elektronok áthaladó eszközt. Ennek értéke képviseli a képességét, hogy a készülék átalakítani az energia a töltött részecskék a röntgensugárzás. Ez lehetővé teszi, hogy az expozíció meghatározásához a beteg, és a pillanatkép. Ahogy a hatékonyság, az eszköz hatékonyságát számos tényezőtől függ, beleértve a KV, a feszültség hullám formájában, az anód anyag és a fokú felületi sérülés a szűrőeszköz és a felhasználás időpontjában.

KV-menedzsment

Feszültség KV röntgencső hatásosan szabályozza a kimeneti sugárzás. Általános szabály, hogy azt feltételezzük, hogy a kimenő jel arányos a tér a KV. Megduplázása KV expozíciós növeli 4-szer.

hullámforma

A hullámforma a módszert írja le, amellyel KV időben változik generálása során a sugárzás miatt a ciklikus jellegét erő. Használt különböző hullámformák. Az általános elv: minél kisebb a változás az alakja KV, a röntgensugárzás hatékonyan termelt. A modern gépek használt generátorok viszonylag állandó KV.

X-ray csövek: Gyártók

Oxford Instruments cég gyárt különböző eszközök, beleértve az üveg, teljesítmény 250 W, 4-80 kV potenciál, a fókuszpont 10 mikron, és a széles körű anód anyagok, t. H. Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh, Ti, W.

Varian kínál több mint 400 különböző típusú orvosi és ipari röntgen csövek. Más ismert termelők Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong et al.

Oroszországban előállított röntgencső „Svetlana-Röntgen”. Amellett, hogy a hagyományos készülékek, forgó és álló anód gyárt eszközöket a hideg katód fényáram szabályozható. Előnyei az alábbi eszközöket:

• dolgozni egy folyamatos és impulzus-üzemmód;
• hiányában tehetetlenségi;
• szabályozó az intenzitás a LED áram;
• spektrum tisztaság;
• a lehetőségét, röntgensugárzás különböző intenzitású.