Како Х-зраци цевки на работа?

X-зрачење

Принципот на работа

Х-зраци цевки (фото дадени во член) се енергетски преобразувачи. Тие го добиваат од мрежата и да се конвертираат во други форми - продорен зрачење и топлина, а второто е непожелно спореден производ. X-зраци цевка уред, како што тој ги максимизира производството на фотони и dissipates топлина што е можно побрзо.

Цевката е релативно едноставен уред, обично се состои од два основни елементи - електролитна и анодна. Кога тековната тече од катод на анодна, на електрони изгуби енергија, што води кон создавање на Х-зраци.

анодна

Анодата е компонента, назначен со тоа, емисијата на високо-енергетски фотони произведени. Ова е релативно масивни метални елемент кој е поврзан со позитивниот пол на електрични кола. Таа има две главни функции:

Видео: Шема на Х-зраци цевка. Голем број на специфични структурни цевки

• Таа се конвертира во електронска енергија во Х-зраци,
• Тоа dissipates топлина.

Материјалот за анодата е избран за подобрување на овие функции.

Идеално, повеќето од електрони треба да бидат на високо-енергетски фотони, наместо топлина. Однос на вкупната потрошувачка на енергија, која е претворена во X-зрачење (COP) зависи од два фактори:

• атомски број (Z) на анодата материјал,
• електрони енергија.

Во повеќето рентген цевки како материјал на анодна користи волфрам, чиј атомски број е еднаков на 74. Во прилог на голем Z, овој метал има некои други карактеристики што го прави погоден за оваа намена. Волфрам е единствен во својата способност за одржување на сила кога ќе се загреат, има висока точка на топење и ниска стапка на испарување.

За многу години, анодата е направен од чисто волфрам. Во последниве години, почнавме да го користите овој метал легура со рениум, но само на површината. Авто анодна под волфрам-рениум слој направен од лесен материјал, добри топлина складирање. Две такви супстанции се молибден и графит.

цевка Х-зраци се користи за мамографија, е направен со анодата, обложени со молибден. Овој материјал има средно атомски број (Z = 42), која генерира фотони со карактеристика на енергија, погоден за снимање на градите. Некои мамографија уреди, исто така има втор анодна, формирана од родиум (Z = 45). Ова го прави можно да се зголеми енергијата и да се постигне поголема пенетрација за густи дојки.

Употребата на волфрам-рениум легури подобрува долгорочната зрачење излез - со уреди време ефикасност со анодна направени од чиста волфрам е намалена поради термички оштетувања на површината.

Повеќето од анодата е во форма на заострените дискови и фиксирана на вратилото на моторот, што ги ротира на релативно голема брзина за време на емисија Х-зраци. Целта на ротација - отстранување на топлина.

фокусна точка

генерација дел на Х-зраци не целиот анодна. Тоа се случува во една мала област на неговата површина - фокусна точка. Димензии последните утврди големината на електрони, зрак доаѓаат од катодата. Во поголемиот дел од тоа е во правоаголна форма варира во рамките на 0,1-2 mm уреди.

цевка дизајн на х-зраци со одредена големина на фокусна точка. Помалите тоа е, толку помалку движење blur решение и повисоки острина, и она што е повеќе, толку подобро дисипација на топлина.

Големина на фокалната точка е фактор што треба да се земат предвид при изборот на Х-зраци цевка. Производители произведуваат уреди со мала фокусна точка, каде што е неопходно за да се постигне висока резолуција и доволно мал за зрачење. На пример, потребно е во студијата на мали и деликатни делови од телото, како во мамографија.

цевка Х-зраци, главно, произведува фокалните точки со две големини - мали и големи, кои можат да бидат избрани од страна на операторот, во согласност со постапката за формирање на сликата.

катодна

Главната функција на катодата - да генерирате електрони и да ги собира во еден зрак насочени кон анодата. Тоа обично се состои од мала спирала жица (влакно) вградени во една чаша во облик на одмор.

Електрони поминува низ коло нормално не може да ја напушти диригент и остави слободен простор. Сепак, тие може да го направи тоа, ако тие се доволно енергија. Во процес познат како термички емисија, топлина се користи за да ги протера електрони од катодата. Ова станува возможно кога притисокот во евакуирани рендгенската цевка достигнува 10^-6-10^-7 mm Hg. Уметност. Предиво се загрева на ист начин како светилка спирала влакно со полагање на тековната низ него. Работа Катодни цевка е придружена со загревање на температура Луминисценција поместување топлинска енергија од нив на електрони.

балон

Анодата и катодата се содржани во запечатен станови - цилиндар. Балонот и неговата содржина, често се нарекува како вметнете, која има ограничен живот и може да биде заменет. цевка Х-зраци, генерално, имаат стакло крушка, иако метал и керамика цилиндри користи за некои апликации.

Главната функција на балон е да обезбеди поддршка и изолација на анодата и катодата, и одржување на вакуум. Притисокот во евакуација на Х-зраци цевка на 15 ° C е 1,2middot-10^-3 На годишно ниво. Присуството на гас во резервоарот ќе им овозможи на електрична енергија да тече низ уредот слободно, а не само во форма на електронски сноп.

домување

апарати рендгенската цевка, така што, во прилог на простор и поддршка од другите компоненти, тоа служи како тело штит и апсорбира радијација, освен за корисниот сноп што минува низ прозорецот. Релативно голем надворешната површина dissipates поголемиот дел од топлината што се создава во уредот. Просторот помеѓу школка и вметнете е исполнет со масло кое дава изолација и ладење.

синџирот на

Електрични кола поврзува телефонот со извор на енергија, кој се нарекува генератор. Извор се напојува од мрежата и ги конвертира наизменична струја во еднонасочна струја. Генераторот исто така ви овозможува да се прилагоди некои параметри на ланец:

• КВ - напон или електричен потенцијал;
• MA - струја која тече низ цевка;
• S - времетраење или изложеност време, во делови од секунда.

Колото обезбедува движење на електрони. Тие се обвинети за енергија, што минува низ генераторот, и ја даде на анодна. Како што нивното движење се случува две трансформации:

Видео: CRT - Катодни Tube

• електричен потенцијал енергија се претвора во кинетичка енергија;
• кинетичка, пак, е претворена во X-зраци и топлина.

потенцијал

Кога електроните пристигне во колба, тие поседуваат потенцијал електрична енергија, која е утврдена од страна на износот на КВ напонот меѓу анодата и катодата. цевка Х-зраци беше работи на напон за да се генерираат 1 KV кои секоја честичка мора да има 1 keV. Со прилагодување на КВ, операторот дава секој електрон е одредена количина на енергија.

кинетика

Низок притисок во една евакуирани x-зраци цевка (на 15 ° C тоа е 10^-6-10^-7 mm Hg. v.) им овозможува на честичките под дејство на емисии и thermionic електрична сила испуштаат од катод на анодна. Оваа сила ги забрзува, што резултира со зголемена брзина и кинетичка енергија и слегуваат потенцијал. Кога честичка земјиште на анодна, нејзиниот потенцијал е изгубена, и сите негови енергија се претвора во кинетичка енергија. 100 keV електрони достигнува брзина над половина на брзината на светлината. Паѓа на површината на честички се намалува многу брзо и ги губат своите кинетичка енергија. Таа се врти на X-зраци или топлина.

Електроните доаѓаат во контакт со поединечни атоми на анодна материјал. Зрачење, генерирани од нивната интеракција со орбитали (X-зраци фотони), и со јадрото (bremsstrahlung).

обврзувачки енергија

Секој електрон во атомот има одредени обврзувачки енергија, што зависи од големината на вториот и нивото на кое се наоѓа на честички. обврзувачки енергија игра важна улога во создавањето на карактеристичните Х-зраци и е потребно да се отстрани електрон од еден атом.

bremsstrahlung

Bremsstrahlung произведува најголем број на фотони. На електрони навлезат во анодна материјал и се протега во близина на јадрото, оттргнат и забавување гравитационата сила атом. Нивната енергија изгубени за време на оваа средба се појавува во форма на Х-зраци фотон.

спектар на

Само неколку фотони имаат енергија во близина на електрони енергија. Поголемиот дел од нив тоа е помал. Претпостави дека има простор или поле кое ја опкружува јадрото, назначена со тоа, електрони искуство сила "инхибиција." Ова поле може да се подели во зони. Ова му дава поглед на основните областа на целната атом во центарот. Електронски паѓа насекаде во цел е забавена и генерира Х-зраци фотон на. Честички кои се најблиску до центарот, се најмногу изложени а со тоа изгуби најмногу енергија, производство на многу високо-енергетски фотони. Електроните се пуштени на надворешниот простор, искуство повеќе слаба интеракција и генерирање на фотони на помалку енергија. Иако во областа имаат иста ширина, дека тие имаат различни области во зависност од растојанието од јадрото. Бидејќи бројот на честички инцидент на зоната, зависи од неговата вкупна површина, очигледно е дека на надворешен простор фати повеќе електрони и да предизвика повеќе фотони. енергија X-ray спектар може да биде предвидена со овој модел.

Е_max фотони главната bremsstrahlung спектар одговара E_max електрони. Под овој момент, со намалување на фотон енергија се зголемува нивниот број.

Значителен број на фотони на ниска енергија се апсорбира или филтрирани, како тие се обидуваат да се помине низ површината на цевката на анодна или кутија филтер. Филтрирање е генерално зависи од составот и дебелината на материјалот преку кој додава зрак, и ова се определува конечната форма на крива на ниско-енергетски спектар.

влијание KV

На високо-енергетски дел на спектарот одредува напон на Х-зраци цевки во kV (kilovolt). Ова е поради тоа што ја одредува енергијата на електроните постигнување на анодна, и фотоните не може да има потенцијал поголема од оваа. Под било кој напон трчање на Х-зраци цевка? Максималната фотон енергија кореспондира на максимална применуваат потенцијал. Овој напон може да варира во текот на експозицијата се должи на наизменична струја мрежа. Во овој случај, Е_max фотон определениот рок врв KV осцилации на напонот_стр.

Во прилог на потенцијалот кванти, КВ_стр Тоа ја одредува количината на зрачење, генерирани од даден број на електрони постигнување на анодна. Од вкупната ефикасност на bremsstrahlung зрачење се зголемува со енергија се зголемува за инцидентот електрони, која е решена KV_стр, следува дека КВ_стр Тоа влијае на ефикасноста на уредот.

промена KV_стр, Како по правило, тоа се менува од спектарот. Вкупната површина под кривата на енергија претставува број на фотони. Нефилтриран спектар е триаголник, и количината на зрачење во однос на квадратен KV. Во присуство на филтерот, исто така, се зголемува KV зголемување на пенетрацијата на фотони, со што се намалува процентот на филтрирани зрачење. Ова доведува до зголемен принос зрачење.

карактеристична радијација

На тип на интеракција кој генерира карактеристика зрачење се состои од високо-брзински судир со орбитален електрони. Реакцијата може да се случи кога на дојдовен честичка има E_до поголема од енергијата во атомот. Кога овој услов е исполнет, а постои судир, електронот е исфрлен. Ова остава отворена положба, исполнет со честички на повисоко ниво на енергија. Како што се движиме електрони дава енергија емитирана во форма на Х-зраци фотон. Тоа се нарекува карактеристика зрачење, бидејќи Е е фотонот карактеристика хемиски елемент од кој е направен анодна. На пример, кога електрон е исфрлен волфрам K-ниво Е_{комуникација}= 69.5 keV, на работно место е исполнет со еден електрон од L-ниво E_{комуникација}= 10.2 keV. Карактеристика на Х-зраци фотон има енергија еднаква на разликата помеѓу двете нивоа, или 59,3 keV.

Всушност, на анодна материјал доведува до голем број на карактеристични Х-зраци енергии. Ова се случува бидејќи електрони на различни нивоа на енергија (K, L, итн) може да биде исфрлен бомбардирање честички и работни места може да биде исполнет со различни енергетски нивоа. Додека L-ниво на работни места генерира фотони и нивните енергии се премногу мали за употреба во дијагностички слики. Секоја карактеристика енергија е дадена ознака што укажува на орбиталата, при што на слободно работно место, со индекс кој покажува потребни електрони извор. алфа (алфа) означува индексот на пополнување електрони L-ниво, и бета (бета) укажува на ниво за полнење на M или N.

• Спектар волфрам. Карактеристика зрачење на метал произведува линеарна спектар која се состои од неколку дискретни енергии и кочење генерира континуиран дистрибуција. Бројот на фотони создадена од секоја карактеристика на енергија, назначена со тоа, веројатноста за пополнување на К-ниво на работно место зависи од орбитална.
• Спектар молибден. Аноди на овој метал се користи за мамографија, произведе два доволно интензивни карактеристика на Х-зраци на енергија: K-алфа, на 17.9 keV и K-бета на 19,5 keV. Оптимален опсег на Х-зраци цевки, што овозможува да се постигне најдобар баланс помеѓу контраст и доза на зрачење на градите со средна големина, се постигнува кога E_f= 20 keV. Сепак Bremsstrahlung произведе повеќе енергија. Во мамографска опрема за отстранување на несаканите делови од спектарот користи молибден филтер. Филтерот работи на принципот на «K-работ". Таа ги апсорбира радијација во обврзувачки енергија на молибден атом на К-ниво на вишок на електрони.
• На спектар на родиум. Родиум има атомски број 45, и молибден - 42. Затоа, карактеристичните Х-зраци на родиум анодна ќе имаат малку повисока енергија од онаа на молибден и повеќе продорен. Тоа се користи за снимање на густи дојки.

Аноди со двојно површини, молибден, родиум, им овозможи на операторот да ги избере дистрибуција оптимизиран за гради со различна големина и густина.

Ефектот на КВ спектарот

КВ вредност во голема мера влијае на карактеристичните зрачење, односно. К. Тоа нема да се произведува, ако помалку KV електрони ниво K-енергија. Кога KV надминува оваа гранична вредност, износот на зрачење е обично пропорционален на разликата и цевки KV прагот КВ.

енергетскиот спектар на фотони на X-зрак емитираат од уредот се определува од страна на неколку фактори. Како по правило, се состои од bremsstrahlung и карактеристичните интеракција.

На релативна состав на спектарот зависи од анодна материјал, КВ и филтер. Во цевка со карактеристична емисија волфрам анодата не е формирана на KV< 69,5 кэВ. При более высоких значениях КВ, используемых в диагностических исследованиях, характеристическое излучение увеличивает суммарную радиацию до 25%. В молибденовых устройствах оно может составить большую часть общего объема генерации.

ефикасност

Само мал дел од енергијата која се испорачува од електроните се претвора во зрачење. Главниот дел се апсорбира и се претвора во топлина. зрачење ефикасност е дефинирана како дел од вкупната емитувана енергија од General Electric даваше анодна. Факторите кои се утврди ефикасноста на Х-зраци цевка се применуваат напон kV и атомски број З. Приближната однос на следново:

• Ефикасност = KV x Z x 10^-6.

Односот помеѓу ефикасноста и КВ има специфичен ефект врз практичната употреба на Х-зраци опрема. Поради производството на топлина на цевката има ограничување на бројот на електрична енергија што тие можат да прахосвам. Тоа наметнува на капацитетот на граница уредот. Со зголемување на КВ, сепак, количината на зрачење произведени од страна на еден од топлина значително се зголемува.

Зависноста на ефикасноста на производството на Х-зраци за составот на анодата е само на академски интерес, бидејќи повеќето уреди кои се користат волфрам. Исклучок е молибден и родиум, кои се користат во мамограм. Ефикасноста на овие уреди е значително помал волфрамово поради нивната помала атомски број.

ефикасност

Ефикасност X-зраци цевка е дефиниран како на износот на зрачење millirentgenah доставени до точка во центарот на корисниот сноп на растојание од 1 m од фокална точка за секој 1 MAS електрони кој поминува низ уредот. Неговата вредност претставува способноста на уредот за претворање на енергијата на наелектризирани честички во Х-зраци зрачење. Тоа ви овозможува да се утврди изложеноста на пациентите, како и на слика. Како ефикасност, ефикасност на уредот зависи од неколку фактори, вклучувајќи КВ, форма на напонот бран, анодна материјал и степенот на оштетување на површината на филтерот уред и времето на користење.

KV-управување

Напон KV X-зраци цевка ефективно го контролира излез зрачење. Како по правило, се претпоставува дека излезот е пропорционална со квадратот на КВ. Удвојување изложеност KV зголемува за 4 пати.

бранови

На бранови го опишува начинот на кој KV варира со текот на времето во текот на производството на зрачење поради цикличната природа на моќта. Користат неколку различни бранови. Општиот принцип е: на помала промена во обликот КВ, Х-зраци зрачење се произведува ефикасно. Модерната опрема што се користи генератори со релативно константна КВ.

X-зраци цевки: Производство

Оксфорд Инструменти компанија произведува различни уреди, вклучувајќи и стакло, моќ 250 W, потенцијалните 4-80 kV, на фокусна точка 10 микрони и широк спектар на анодна материјали, т. Х. Ag, следење, Co, Cr, Cu, Fe, Мо, ПД, Rh, Ти, В.

Varian нуди повеќе од 400 различни видови на медицински и индустриски Х-зраци цевки. Други познати производители се Dunlee, ГЕ, Филипс, Shimadzu, Сименс, Toshiba, пак, Хангжу Wandong, Kailong et al.

Во Русија произведува Х-зраци цевки "Светлана-Рентген". Во прилог на традиционалната уреди со ротирачки и стационарни анодна компанија произведува уреди на ладно катодна прозрачна флукс контролира. Предности на следните уреди:

• работат во еден континуиран и пулсот режими;
• отсуство на инерција;
• регулирање на интензитетот на LED струја;
• чистота спектар;
• можноста за X-зраци со различен интензитет.