Kao rendgenske cijevi radi?

X-zračenje

Princip rada

Rendgenske cijevi (Foto dane u članku) su energetski pretvarači. Oni ga dobivaju iz mreže i pretvoriti u druge oblike - prodoran zračenje i toplinu, potonji je nepoželjan nusprodukt. Rendgenska cijev uređaja tako da maksimizira proizvodnju fotona i rasipa topline što je brže moguće.

Cijev je relativno jednostavan uređaj obično se sastoji od dva osnovna elementa - katodu i anodu. Kada struja teče od katode prema anodi, elektroni gube energiju, što dovodi do stvaranja X-zrake.

anoda

Anoda je komponenta, naznačen time, da je emisija fotona velike proizvodnje. To je relativno masivan metalni element koji je spojen na pozitivni pol električnog kruga. Ona ima dvije glavne funkcije:

Video: Shema rendgenska cijev. Broj određenih strukturnih cijevi

• Ona pretvara u elektronsku energiju u rendgenskog zračenja,
• To rasipa toplinu.

Materijal za anode je odabrana kako bi se poboljšala ove funkcije.

U idealnom slučaju, većina elektrona treba da formira visoko-energetske fotone, nego topline. Odnos ukupne energije, koja se pretvara u X-zračenje (KS), ovisi o dva faktora:

• atomski broj (Z) od anode materijala
• energija elektrona.

U većini rendgenske cijevi kao materijal anode koriste volframa, čiji je atomski broj je jednak 74. Uz veliki Z, ovaj metal ima neke druge karakteristike koje ga čine ugodnim za tu svrhu. Volfram je jedinstvena u svojoj sposobnosti da zadrži snagu kada se zagrije, ima visoku točku taljenja i niske brzine isparavanja.

Već dugi niz godina, a anoda je izrađena od čistog volframa. U posljednjih nekoliko godina, počeli smo koristiti ovaj legure metala sa renij, ali samo na površini. Samostalno anoda pod slojem volfram-renij izrađena od laganog materijala, dobre termičke pohranu. Dvije takve tvari su molibden i grafit.

X-zraka cijev koristi za mamografija, izrađen od anode, presvučena molibden. Ovaj materijal ima intermedijarni atomskog broja (Z-42), koji generira energiju fotona s karakterističnim prikladnih za snimanje prsnog koša. Neki uređaji imaju mamografije drugi anodu, a nastao je rodij (Z = 45). To omogućuje povećanje energije i postići veći prodor za bujnih grudi.

Korištenje volfram-renij legure poboljšava dugoročno zračenja izlaz - s uređajima vrijeme učinkovitosti s anode izrađene od čistog volframa se smanjuje zbog toplinske oštećenja na površini.

Većina anode ima oblik konusne diskova i pričvršćen na osovinu motora, što ih se vrti na relativno visokim brzinama u vrijeme emisije X-zrake. Svrha rotacije - uklanjanje topline.

žarišna točka

Dio Rendgenski generacija ne cijeli anoda. To se događa u malom prostoru njegove površine - žarišnu točku. Dimenzije prošle određuje veličinu snopa elektrona dolazi od katode. U većina toga ima pravokutni oblik varira unutar 0,1-2 mm uređaja.

Dizajn rendgenske cijevi s određenom veličinom žarišne točke. Manji je, manje zamućenja uslijed kretanja i više oštrine, a što je više, to bolje odvođenje topline.

Fokalna veličina točka je faktor koji se mora uzeti u obzir pri odabiru rendgenska cijev. Proizvođači proizvode uređaje s malom žarišnom mjestu, gdje je to potrebno za postizanje visoke rezolucije i dovoljno mali zračenja. Na primjer, potrebno je u istraživanju malih i osjetljivih dijelova tijela kao u mamografijom.

X-zraka cijev uglavnom proizvode žarišta sa dvije veličine - velike i male, koji mogu biti odabrani od strane operatora, u skladu s postupkom za oblikovanje slike.

katoda

Glavna funkcija katode - generirati elektrone i prikupljanje ih u snop usmjeren prema anodi. Općenito se sastoji od malog spiralne žice (vlakna), ugrađen u udubljenje u obliku šalice.

Elektroni prolaze kroz krug ne može normalno napustiti dirigent i ostaviti slobodan prostor. Međutim, oni mogu to učiniti, ako oni dobiti dovoljno energije. U procesu poznatom kao toplinske emisije, toplina se koristi izbacuje elektrone iz katode. To postaje moguće, kada je tlak u šupljeg rendgenske cijevi dosegne 10^-6-10^-7 mm Hg. Čl. Konac se grije na isti način kao i svjetiljke sa žarnom niti spiralne propuštanjem struje kroz nju. Rad katodna cijev popraćeno zagrijavanjem do temperature istiskivanja luminiscencije toplinske energije otuda elektrona.

balon

Anoda i katoda nalaze se u zatvorenoj kućištu - cilindar. Balon i njegov sadržaj se često naziva umetak, koji ima ograničen vijek i može biti zamijenjena. X-ray tube općenito imaju staklenu žarulju, iako metala i keramike cilindri koriste za neke programe.

Glavna funkcija balona je pružiti potporu i izolaciju anode i katode, i održavanje vakuuma. Tlak u evakuirani rendgenske cijevi na 15 ° C-10 je 1,2middot^-3 Pa. Prisutnost plina u spremniku će omogućiti struja teče kroz uređaj slobodno, ne samo u obliku snopa elektrona.

kućište

Uređaj rendgenska cijev tako da se, osim zatvorenog prostora i potporu druge komponente, služi kao štit i tijelo apsorbira zračenje, osim korisne pri prolasku kroz prozor. Njegova relativno velika vanjska površina nestaje veći dio topline u uređaju. Prostor između školjke i umetak ispunjen je uljem koja omogućuje izolaciju i hlađenje.

lanac

Električni krug spaja telefon na izvor napajanja, koji se zove generator. Izvor napaja iz mreže i pretvara izmjeničnu struju u istosmjernu struju. Generator također vam omogućuje da prilagodite neke parametre lanca:

• KV - napon ili električnog potencijala;
• MA - struja koja teče kroz cijev;
• S - trajanje izloženosti ili vrijeme u djeliću sekunde.

Sklop osigurava kretanje elektrona. Oni se terete za energijom, prolazi kroz generator, i dati ga na anodu. Kao njihov pokret javlja dva transformacije:

Video: CRT - Cathode Ray Tube

• električna potencijalna energija pretvara u kinetičku energiju;
• kinetička, s druge strane, se prevodi u X-zraka i topline.

potencijal

Kada elektroni stignu u boci, oni posjeduju potencijal električnu energiju, koja se određuje po količini KV napon između anode i katode. X-zraka cijev radi na napon za generiranje 1 KV kojih svaka čestica mora imati 1 keV. Podešavanjem KV, operator daje svaki elektron je određena količina energije.

kinetika

Nizak tlak u evakuirano rendgenske cijevi (pri 15 ° C iznosi 10^-6-10^-7 mm Hg. v.) dopušta čestice pod djelovanjem emisije i termionska električne snage emitiranog od katode na anodu. Ova sila ih ubrzava, što rezultira povećanjem brzine i kinetička energija i spušta potencijal. Kad čestica zemljišta na anodi, njegov potencijal je izgubio, a sve svoje energije se pretvara u kinetičku energiju. 100 keV elektron dostigne brzina prelazi polovinu brzina svjetlosti. Udaranje površinu čestica usporava vrlo brzo i gube kinetičku energiju. Ona se okreće rendgenskih zraka ili topline.

Elektroni dolaze u dodir s pojedinim atomima anodnog materijala. Zračenje nastaje u interakciju sa orbitala (fotona X-zraka), a s jezgrom (zakočnog zračenja).

energije vezivanja

Svaki elektron u atomu ima određenu vezanje energije, koja ovisi o veličini potonjeg i razine na kojoj se nalazi čestica. Vezanje energija ima važnu ulogu u nastanku karakterističnih rendgenskih zraka i potrebno je ukloniti elektron iz atoma.

zakočnog zračenja

Zakočnog zračenja proizvodi najveći broj fotona. Elektroni prodiru u anode materijala, a pruža blizu jezgre, i usporen skrenuta gravitacijske sile atom. Njihov gubitak energije tijekom ovog susreta pojavljuje u obliku X-zraka fotona.

raspon

Samo nekoliko fotoni imaju energije u neposrednoj blizini elektrona energije. Većina njih je niža. Pretpostavljaju da je prostor ili područje oko jezgre, naznačen time, da elektroni iskustvo snaga „inhibicija”. Ovo polje se može podijeliti na zone. To daje pogled na polja jezgre ciljne atoma u sredini. Elektronički pada bilo gdje u metu je usporen i stvara X-ray foton. Čestice koje spadaju najbliži centru, najviše su izloženi i zato gubi najviše energije, proizvodi vrlo visoke energije fotona. Elektroni su pustili u vanjskom prostoru, iskustvo više slabe interakcije i generiranje fotona niži energije. Iako na području imaju istu širinu, da oni imaju drugačiji prostor ovisno o udaljenosti od jezgre. Budući da je broj čestica incidenta na zoni, ovisi o ukupnoj površini, očito je da je vanjska površina hvatanje više elektrona i izazvati više fotona. energy X-ray spektra može predvidjeti ovaj model.

E_maksimum fotoni glavni zakočnog zračenja spektar odgovara E_maksimum elektroni. Ispod ove točke, sa smanjenjem fotona energije povećava njihov broj.

Značajan broj fotona niske energije apsorbiraju ili filtrira, u nastojanju da prođe kroz površinu anode cijevi ili okvir filtra. Filtriranje je općenito ovisi o sastavu i debljine materijala kroz koji prolazi svjetlo, a to određuje konačni oblik krivulje niskoenergetskog spektra.

utjecaj KV

Dio visoko energetski spektra određuje napon rendgenske cijevi u kV (kilovolti). To je zato što određuje energiju elektrona dosežu anoda, a fotoni ne mogu imati potencijal veći od toga. Pod bilo kojim naponom trčanje rendgenskom cijevi? Maksimalna foton energije odgovara najvećoj primjenjuje potencijala. Taj napon može varirati tijekom izlaganja zbog izmjenične struje mreže. U tom slučaju, E_maksimum foton određene promjene napona period KV pikova_p.

Osim potencijalnog kvanta, KV_p Ona određuje količinu zračenja generira određeni broj elektrona koje dopiru do anode. Budući da je ukupna učinkovitost zakočnog zračenja zračenja se povećava energetska povećava incident elektron, koji se određuje KV_p, slijedi da je KV_p To utječe na učinkovitost uređaja.

promjena KV_p, U pravilu, to mijenja spektar. Ukupna površina ispod krivulje energije predstavlja broj fotona. Nefiltrirani spektar je trokut, a količina zračenja u odnosu na trg KV. U prisutnosti filtera povećava KV povećanje penetracije fotona, što smanjuje postotak filtrirane radijacije. To dovodi do povećanja prinosa zračenja.

karakteristično zračenje

Vrsta interakcije koje generira karakterističnu zračenje obuhvaća brzom sudara s orbitalne elektrone. Reakcija se može odvijati samo kada je dolazni čestica ima E_u veća od energije u atoma. Kada se ovaj uvjet zadovoljen, a tu je i sudar, elektron je nokautirao. To ostavlja otvorenu poziciju, ispunjen od strane čestice na višu razinu energije. Kao što smo pomaknuti elektron daje energiju emitira u obliku X-zraka fotona. To se zove karakteristika zračenja, budući da je E foton karakterističan kemijski element od kojeg je napravljen anoda. Na primjer, kada se elektron nokautirao volfram K-level E_komunikacija= 69,5 keV je radno mjesto je ispunjen elektrona L razini E_komunikacija= 10.2 keV. Karakterističan rendgenski fotona je energija koja je jednaka razlici između dvije razine, i 59.3 keV.

U stvari, anoda materijal dovodi do niza karakterističnih rendgenskih energija. To se događa zato što elektroni na različitim razinama energije (K, L, itd) može biti pokucao bombardiranjem čestica i radna mjesta mogu biti ispunjen različitim razinama energije. Dok se radna mjesta L-razini stvara fotone i njihove energije su premale za primjenu u dijagnostici. Svaka osobina energije je dao oznaku koja ukazuje da se orbitalna, gdje je radno mjesto, s indeksom koji pokazuje izvor elektrona potrebno. a (alfa) označava indeks punjenja elektrona N razini i beta (beta), pokazuje razinu punjenja M ili N.

• Spektar volfram. Karakteristično zračenje metala proizvodi linearnog spektar koji se sastoji od više diskretnih energija kočenja i stvara kontinuiranu distribuciju. Broj fotona stvorenih svakom karakterističnom energijom, naznačen time da je vjerojatnost ispunjavanja K razini natječaj ovisi o orbitalna.
• Spektar molibden. Anode ovog metala koji se koristi za mamografija, proizvodi dva dovoljno intenzivan karakteristični rendgenogram energija: K alfa, na 17.9 keV i K-beta u 19.5 keV. Optimalni raspon rentgenske cijevi, što omogućava da se postigne najbolji balans između kontrasta i doze zračenja u grudima srednje veličine, postiže kada E_f= 20 keV. Međutim zakočnog zračenja proizvoditi više energije. U mamografiju opreme za uklanjanje neželjenih dijelova spektra koristi molibden filter. Filter radi na principu «K-ruba.” On apsorbira zračenje u suvišku elektrona vezanja energije na K razini molibden atoma.
• Spektar rodija. Rodij je atomski broj 45, i molibden - 42. Dakle, karakteristične rendgenske zrake rodij anode će imati malo više energije nego što molibdena i pronicljiv. To se koristi za slikanje guste grudi.

Anode s dvostrukim površinama, molibden, rodija, omogućiti operateru da biste odabrali distribuciju optimiziranu za grudi različite veličine i gustoće.

Učinak na spektra KV

KV vrijednost uvelike utječe na karakterističan zračenja, tj. K. To neće biti proizveden ako je manje KV elektrone razini K-energije. Kada KV prelazi tu graničnu vrijednost, količina zračenja općenito proporcionalan razlici i cijevi KV prag KV.

Energija Spektar fotona X-zraka zrake koje emitira uređaj određuje nekoliko čimbenika. U pravilu, sastoji se od zakočnog zračenja i karakteristične interakcije.

Relativna Sastav spektra ovisi o anodnog materijala, KV i filtrira. U cijevi s emisijama obilježje volfram anode nije formirana u 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.

efikasnost

Samo mali dio energije isporučene od strane elektrona pretvara u zračenje. Glavni dio se apsorbira i pretvara u toplinu. Učinkovitost zračenje se definira kao udio ukupnog izračena snaga iz General Electric priopćio anoda. Čimbenici koji određuju učinkovitost rendgenska cijev se primjenjuje kV i približnom omjeru od sljedećeg atomskim brojem Z.:

• Učinkovitost = KV x Z x 10^-6.

Odnos između učinkovitosti i KV ima određeni utjecaj na praktičnu primjenu X-zraka opreme. Zbog generacije topline cijevi imaju ograničenje na broj električne energije da se može trošiti. To nameće kapaciteta granice uređaja. Sa povećanjem KV, međutim, količina zračenja u produkciji jednog od topline značajno povećava.

Ovisnost efikasnosti rendgenskog generacije na sastav anode samo od akademskog interesa, jer većina uređaja koristi se volfram. Iznimka je molibdena i rodij, korišten u mamografiju. Učinkovitost tih uređaja je znatno niža za volframa zbog manje atomskom broju.

efikasnost

Učinkovitost rendgenska cijev je definiran kao količina zračenja millirentgenah isporučena na točku u središtu korisnog zrake na udaljenosti od 1 m od žarišne točke za svakih 1 mas elektrona prolaze kroz uređaj. Njegova vrijednost predstavlja sposobnost uređaja za konverziju energije nabijenih čestica u X-zraka. To vam omogućuje da se utvrdi izloženosti pacijenta, a snimku. Kao učinkovitost, efikasnost uređaja ovisi o nekoliko čimbenika, uključujući KV, oblik napona val, anode materijala i stupanj oštećenja površine do uređaja za filtriranje i za vrijeme uporabe.

KV-upravljanje

Napon KV rendgenska cijev učinkovito kontrolira izlazni zračenja. U pravilu, pretpostavlja se da je izlaz proporcionalna kvadratu KV. Udvostručenje izloženost KV povećava 4 puta.

valni oblik

Valni oblik opisuje način na koji KV varira s vremenom tijekom generacija zračenja zbog cikličnog prirode moći. Rabljeni nekoliko različitih valnih oblika. Opće načelo je: što je manja promjena oblika KV, X-zrakama se proizvodi učinkovito. Moderna oprema koja se koristi generatore s relativno stalnom KV.

Rendgenske cijevi: Proizvođači

Oxford Instruments Tvrtka proizvodi razne uređaje, uključujući staklo, snage do 250 W, kV potencijala 4-80, središnjih točka 10 mikrona i širok spektar anodnog materijala, t. H. Ag, Au, CO, Cr, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh, Ti, W.

Varian nudi više od 400 različitih vrsta medicinskih i industrijskih rendgenskih cijevi. Ostali poznati proizvođači su Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong i sur.

U Rusiji proizveden rendgenske cijevi „Svetlana-Roentgena”. Osim tradicionalnih uređaja s rotirajućim i stacionarna anodnog tvrtka proizvodi uređaje za hladne katodne svjetlosnog toka kontroliranom. Prednosti ovih uređaja:

• rade u kontinuiranom i impulsnih načina;
• odsutnost inercije;
• regulira intenzitet LED struje;
• Spektar čistoća
• mogućnost rendgenskog zračenja različitog intenziteta.