X線管（課堂PPT）

1、121、X線管的作用線管的作用和分類2、固定陽極球管的結構、特點和功能3、旋轉陽極球管的結構、特點和功能旋轉陽極球管的結構、特點和功能4、衡量X線管的主要參數：功率、焦點5、大功率大功率X線管的實現線管的實現6、特殊、特殊X線管的結構特點和應用線管的結構特點和應用7、X線管的基本特性8、X線強度的空間分布特點和實際運用線強度的空間分布特點和實際運用9、瞬時負載曲線、瞬時負載曲線10、熱容量的一般表示方式：HU11、X線管的檢驗和使用3l產生并輸出產生并輸出X射線射線lX線機的心臟4l診斷用X線管：透視、攝影焦點小，功率大、散熱器散熱l治療用X線管：淺表治療、深層治療大焦點、長時間曝光、風冷水冷

2、或油冷5（一）構造和作用（一）構造和作用 由陽極、陰極和玻璃殼組成61、陽極由陽極頭、陽極罩、陽極柄組成作用：產生X線、散熱、吸收二次電子和散射線2、陰極由燈絲、陰極頭、陰極套、玻璃芯柱組成作用：發(fā)射電子、對電子聚焦3、玻璃殼作用：支撐陰陽兩極、保持管內真空度71、實際焦點：電子轟擊在靶面上的面積2、有效焦點有效焦點：實際焦點在X線投照方向線投照方向上的投影3、標稱（有效）焦點標稱（有效）焦點： X線投照方向 X線管軸 時的有效焦點8（1）X線投照方向 X線管軸垂直 時，靶面與X線投照方向的夾角Q稱為陽極傾角陽極傾角/靶角靶角。（2）有效焦點S有、實際焦點S實和陽極傾角Q的關系： a、S有=S

3、實sin Q b、S有一定時，Q越小， S實越大，熱容量P越大 c、為減少幾何模糊，要求S有盡量?。?）（標稱）有效焦點一般用 容許長 容許寬 標注9（標稱）有效焦點的容許值變化范（標稱）有效焦點的容許值變化范圍圍標稱（標稱（mm）容許寬（容許寬（mm）容許長（容許長（mm）0.60.60.90.91.30.80.81.21.11.61.01.01.41.31.81.21.21.71.72.4104、有效焦點同成像質量的關系、有效焦點同成像質量的關系 *有效焦點越小，圖像清晰度越高有效焦點越小，圖像清晰度越高115、X線輻射強度分布線輻射強度分布對成像質量的影響對成像質量的影響（1）醫(yī)學診斷用

4、X線管的焦點一般是雙峰分布 （2）高斯分布影像分辨率最高 （理想情況）（理想情況）（實際情況）（實際情況）12 投影方位愈靠近陽極靠近陽極，Q角愈小小，有效焦點愈小小； 愈靠近陰極靠近陰極，Q角愈大大，有效焦點愈大大。（2）若投影方向偏離管軸線管軸線和電子入射方向電子入射方向組成的平面，有效焦點的形狀還會出現失真，故應使 X線中心線對準線中心線對準影像中心影像中心即保持實際焦點中心、實際焦點中心、X線輸出窗中心、投影中心線輸出窗中心、投影中心 三點一線三點一線（1）焦點尺寸同投影方向有關）焦點尺寸同投影方向有關 由于X線呈錐形輻射，故13有效焦點的尺寸同kV和mA有關： kV增大，增大， S有

5、有稍?。ㄉ孕。朔娮映饬Γ?mA增大，增大， S有有明顯增大（明顯增大（增加熱電子）焦點增漲焦點增漲： kV一定，mA增大， S有明顯增加（低壓時較明顯）14151、特點： 偏陰極、陽極靶面高速旋轉2、優(yōu)點：、優(yōu)點： 功率大、焦點小功率大、焦點小161、組成：陽極陽極、（偏）陰極和玻璃殼2、陽極陽極：靶面靶面、轉子、軸承和定子3、鑲在鉬基或石墨基上的錸鎢合金靶錸鎢合金靶：（1）晶粒細，抗熱脹性好，再結晶溫度高，不易龜裂（2）X線輻射率下降較慢（3）熱容量大大提高 取代純鎢靶取代純鎢靶17l啟動原理啟動原理：類似單相異步（鼠籠式）電動機l轉子轉速轉子轉速：n=120f/p f ，n l功率功率

6、：P=K（nd ）1/2 n ，P （中頻機中頻機）l陽極制動陽極制動：減少空轉磨損 高速管避開臨界轉速 低速管通過靜轉時間反映軸承磨損度l軸承：耐熱合金鋼制成，耐高溫 l軸承的潤滑：固體潤滑材料，二硫化鉬、銀、鉛l需配有啟動啟動、延時延時、降壓降壓、制動制動、保護保護電路4、旋轉陽極X線管各要素18 1、固定陽極X線管：熱傳導 2、旋轉陽極X線管：熱輻射 黑化轉子表面，增大熱輻射 曝光間隔較長，保證熱輻射19 共性共性：l靶面直徑大（120mm） d P l轉速高 n P l靶角?。?14） S有有一定時，一定時，Q ， S實實 ，P l與熱交換器配合使用 油冷油冷 用于大負載短時間曝光用于

7、大負載短時間曝光201、金屬外殼代替玻璃外殼：加大強度加大強度2、陶瓷電極支座：提高絕緣性能提高絕緣性能3、液態(tài)金屬代替軸承：增加熱傳導，提高冷卻能力增加熱傳導，提高冷卻能力4、熱容量達5.2MHU以上，且能在1秒內快速啟動 用于連續(xù)攝影、斷層攝影、電影攝影等用于連續(xù)攝影、斷層攝影、電影攝影等211、特點：功率極大，陽極在短時間內將積聚巨大的熱量2、解決：靶面：大直徑、厚鉬基或石墨基、小靶角 軸承及潤滑劑：提出了更高的要求，并外加散熱系統(tǒng)。 3、飛焦點： 加入偏轉磁場，電子轟擊靶面位置動態(tài)可控22 雙軸承設計： 提高旋轉陽極的轉速及牢固程度，球管的壽命和散熱速度大大提高，熱容量提高。 23 采

8、用單極設計：陰極接負高壓，而陽極和球管的金屬外殼接地大大提高球管的壽命和散熱速度，提高熱容量。24又稱Straton球管，由SIMENS公司發(fā)明25 陽極和陰極固定在旋轉軸上，直接浸泡在絕緣油中； 球管工作時，馬達帶動整個球管旋轉；陽極直接背靠在管壁上，故極易散熱；冷卻油通過進出循環(huán)將熱量直接帶走 。26目的目的：使電子束打到陽極適當的位置，轟擊靶面而產生X線，形成飛焦點飛焦點。原理原理：由于采用先進的電磁控制系統(tǒng)進行X線聚焦，即在偏轉線圈上加上一定的控制信號，達到改變焦點位置的目的，實現飛焦點飛焦點。 作用作用：高速電子均勻轟擊陽極靶面，有效焦點面增大，球管功率得到大幅提升。27（1）陽極直

9、接冷卻，且冷卻效率極高（5 MHU/min），陽極上不再有熱積累。（2）陽極熱容量近于零（0兆球管），即使在最大負荷條件下，球管也可即時冷卻?？尚锌焖俨婚g斷曝光?？尚锌焖俨婚g斷曝光。（3）陽極和內置球管組件要比常規(guī)球管小得多，球管壽命大大延長，成本降低。 281、結構、結構 陽極與陰極之間再加一個控制柵極 通過脈沖控制柵極上負電位或負脈沖電壓的通斷，控制X線的快速導通與截止。2、應用、應用 由于脈沖電源無機械運動的慣性，因此三極X線管能實現快速斷續(xù)實現快速斷續(xù)X線攝影線攝影。 通過調節(jié)柵極負偏壓，可以控制電子聚焦面積，得到微焦點，實現放大攝影放大攝影。（一）三極（一）三極X線管線管29（1）燈

10、絲發(fā)射特性）燈絲發(fā)射特性 柵極負電位阻礙電子流運動，三極X線管的燈絲發(fā)射特性差燈絲發(fā)射特性差。 為獲得相同的管電流，三極X線管需要更大更大的燈絲加熱電流的燈絲加熱電流。 為獲得更大的管電流，將燈絲與陰極頭絕緣，并在陰極頭上加負電位，陰極頭成為聚焦柵極聚焦柵極。 為改善燈絲發(fā)射特性，陰極裝有兩組燈絲兩組燈絲，同時發(fā)射，焦點近似高斯分布。30管電壓增大，控制柵極截止電壓需相應增加柵極電壓柵極電壓（kV）31 在柵極和陰極之間加一矩形負脈沖電壓，可實現瞬時曝光。 4、三極、三極X線管的局限性線管的局限性 管電流小，不適用于大功率X線機321、應具備的條件 （1）放射窗固有濾過小，以減少軟線吸收。（2

11、）能以較低管電壓產生較大管電流，以實現短時間曝光。（3）焦點要小，以減少幾何模糊度。 332、結構特點、結構特點（1）鈹窗鈹窗 （Z=4 濾過吸收小濾過吸收?。?）鉬靶鉬靶（產生長波軟線多產生長波軟線多）（3）短極距短極距（彌補燈絲發(fā)射特性彌補燈絲發(fā)射特性）3、應用 用于軟組織攝影軟組織攝影，主要是乳腺攝影 皮膚吸收劑量大341、結構參數 靶角Q、有效焦點S有、外形尺寸、重量、管壁濾過當量、轉速n、燈絲溫度T2、電參數 燈絲加熱電壓和電流（Vf/If）、最大管電壓（Va）、管電流（Ia）、最長曝光時間（s）、最大允許功率P、代表容量353、在調整和使用X線管時，特別要注意：（1）最大管電壓（

12、峰值最大管電壓（峰值 kV） 避免高壓擊穿（2）最大管電流（平均值最大管電流（平均值 mA） 管電壓和曝光時間一定（3）最長曝光時間（最長曝光時間（s） 管電壓和管電流一定361、陽極特性曲線陽極特性曲線 If一定時，Va與Ia的關系曲線空間電荷效應：空間電荷效應： 燈絲后端滯留電子（燈絲后端滯留電子（電子云電子云），跟隨），跟隨管電壓升高而陸續(xù)飛向陽極，形成曲線比管電壓升高而陸續(xù)飛向陽極，形成曲線比例區(qū)和飽和區(qū)。例區(qū)和飽和區(qū)。372、燈絲發(fā)射特性曲線燈絲發(fā)射特性曲線 Va 一定時， Ia與If 的關系曲線383、燈絲加熱特性 Vf同If的關系曲線 一般成正比關系391、薄靶周圍X線的空間分布

13、 （1）薄靶 （a）X線的產生限于靶面 （b）電子直接透過而不偏轉 “穿透式穿透式”靶靶40（2）薄靶薄靶X線強度的空間分布線強度的空間分布 隨著Va的升高，X線集中向電子運動方向輻射。41（1）厚靶 （a）X線的產生不局限于靶面 （b）入射高速電子全部被阻止 “反射式反射式”靶靶42（2）厚靶）厚靶X線強度分布特點線強度分布特點 厚靶X線管近陽極端的X線強度弱，近陰極端的X線強度強。 -陽極效應陽極效應43（3）厚靶X線強度的空間分布44（4）厚靶強度分布曲線在投照上的應用厚靶強度分布曲線在投照上的應用（a）將陽極效應同體層厚度相對應 ：腰椎上部體層薄，近陽極；腰椎下部體：腰椎上部體層薄，近

14、陽極；腰椎下部體層厚，近陰極層厚，近陰極到射到射X線等強度線等強度膠片濃度均勻膠片濃度均勻（b）焦片距較大時陽極效應不明顯 照射野邊緣近陰極，強度大；邊緣衰減快照射野邊緣近陰極，強度大；邊緣衰減快陽極效應陽極效應被抵消被抵消（c）焦片距相同時小照射野受陽極效應的影響小 照射野越小，射線到片距離越接近，陽極效應越不明顯照射野越小，射線到片距離越接近，陽極效應越不明顯（d）盡量利用中心線附近X線束來攝片 利用強度最大線曝光，提高利用強度最大線曝光，提高X線利用率線利用率451、負載的分類、負載的分類（1）瞬時負載負載（數毫秒-數秒 ） 單次攝影、單組連續(xù)攝影等 由靶面熔點靶面熔點決定 功率功率/容

15、量容量/瞬時負載曲線（2）連續(xù)負載（10秒以上） 透視、點片攝影等 由陽極某處溫升極限陽極某處溫升極限決定 熱容量熱容量/直接標明連續(xù)使用的最大功率46 P=IU/1000 其中P：功率/容量 kW U：管電壓有效值有效值 kV I： 管電流有效值有效值 mA *：對應陽極某薄弱部分的溫升：對應陽極某薄弱部分的溫升極限，陽極整體所積累的全部熱能極限，陽極整體所積累的全部熱能47（1）代表容量：某X線管在一定整流方式和曝光時間條件下的最大容量。固定陽極：單相全波整流、1s旋轉陽極：三相六管全波整流、0.1s（2）代表容量不是固定值，它與焦點尺寸、整流方式、曝光時間、陽極轉速、Q、焦點面直徑等有關

16、。48（1）表示某焦點在某種整流方式下，對應一定的管電壓（峰值）管電壓（峰值）時，允許的最大管最大管電流（平均值）電流（平均值）與曝光時間之間的關系曲線。一般取極限值的一般取極限值的85%90%。（2）實際操作要增加一個低kV、小mA的預熱過程。49瞬時負載曲線（大焦點）瞬時負載曲線（大焦點）501、熱容量的計算、熱容量的計算（1）連續(xù)負載：作用時間在數秒以上（2）生熱過程：在連續(xù)負載作用下，擴散到陽極各部分的溫度將不斷上升的過程 冷卻過程：通過熱傳導和熱輻射方式使熱量不斷散失的過程（3）連續(xù)負載允許的最大熱容量： ：單相全波整流/高壓電纜少于6米/1kV（峰值）/1mA（平均值）/1s時，陽極所產生的熱量。 即：即：1HU=1kV1mA1s51* 不允許球管長期工作在極限條件下不允許球管長期工作在極限條件下500HU/s425HU/s340HU/s52最大熱容量大大增加、最大冷卻速率下降531、外觀檢驗、外觀檢驗 管壁 陰極 陽極 管內2、冷高壓試驗、冷高壓試驗 在燈絲不加熱的情況下，加高壓于X線管兩極以檢查其真空度。 如真空不良，會出現電離輝