Koska röntgenputket toimii?

X-säteet generoitu konvertoimalla energia elektronien fotonit, joka esiintyy röntgenputken. Määrä (altistus) ja laatu (spektri) säteily voidaan säätää muuttamalla virtaa, jännitettä ja aika instrumentin.

toimintaperiaate

Röntgenputket (kuva annetaan artikkelissa) ovat energian muuntimet. Ne saavat sen verkon ja muunnetaan muut - läpitunkevaa säteilyä ja lämpöä, jälkimmäinen on ei-toivottu sivutuote. X-ray tube laite siten, että se maksimoi tuotannon fotonien ja haihduttaa lämpöä mahdollisimman nopeasti.

Putki on suhteellisen yksinkertainen laite, joka käsittää tyypillisesti kaksi peruselementtiä - katodin ja anodin. Kun virta virtaa katodilta anodille, elektronit menettää energiaa, mikä johtaa sukupolven röntgenkuvat.

anodi

Anodi on komponentti, jossa emissio korkean energian fotonit tuotetaan. Tämä on suhteellisen massiivinen metallielementti, joka on yhdistetty positiiviseen napaan virtapiirin. Sillä on kaksi päätehtävää:

• Se muuntaa elektroni energiaa röntgensäteilyä,
• Se johtaa lämpöä.

Materiaalina anodi on valittu parantamaan näitä toimintoja.

Ihannetapauksessa, suurin osa elektronien pitäisi muodostaa korkean energian fotonit, pikemminkin kuin lämpöä. Suhde kokonaisenergiasta, joka muutetaan X-säteilyä (COP) riippuu kahdesta tekijästä:

• järjestysluku (Z) anodi materiaalin,
• elektroni energia.

Useimmissa röntgenputken materiaalina käytetty anodi volframi, joiden atomiluku on yhtä suuri kuin 74. Lisäksi suuri Z, tämä metalli on tiettyjä muita ominaisuuksia, joiden ansiosta se sopii tähän tarkoitukseen. Volframi on ainutlaatuinen kyky ylläpitää vahvuus kuumennettaessa, on korkea sulamispiste ja alhainen haihtumisnopeus.

Useiden vuosien ajan, anodi on valmistettu puhtaasta volframia. Viime vuosina aloimme käyttää tätä metalliseosta renium, mutta vain pinnalla. Itse anodin alle volframi-renium pinnoitteella kevyestä materiaalista, hyvä lämmön varastointiyksikön. Kaksi näistä aineista ovat molybdeeni ja grafiitti.

X-ray tube käytetään mammografiassa, on valmistettu anodin kanssa, on päällystetty molybdeeniä. Tämä materiaali on välissä atominumero (Z = 42), joka tuottaa fotoneja ominaisella energiaa, joka soveltuu tallentamiseen rinnassa. Joissakin mammografialaitteiden on myös toinen anodi, joka on muodostettu rodium (Z = 45). Tämä tekee mahdolliseksi lisätä energian ja saavuttaa suurempaa tunkeutumista varten tiheä rinnat.

Käyttö volframi-renium metalliseos parantaa pitkän aikavälin säteilytuoton - ajan tehokkuus laitteiden anodi valmistettu puhtaasta volframi on heikentynyt lämpövauriot pintaan.

Suurin osa anodi on muodoltaan kartiomainen levyjen ja kiinnitetty moottorin akseliin, joka pyörii ne suhteellisen suurilla nopeuksilla aikaan päästöjen röntgensäteiden. Tarkoitus pyörimisen - lämmönpoisto.

polttopisteen

X-ray sukupolven osa ei koko anodi. Se esiintyy pienellä alueella sen pinta - polttopisteen. Mitat viimeksi määritetty koko elektronisuihkun peräisin katodi. Useimmissa se on suorakaiteen muotoinen vaihtelee 0,1-2 mm laitteita.

X-ray tube muotoilu tietyn koon polttopisteen. Pienempi se on, sitä vähemmän liikkeen epätarkkuutta, ja että korkeamman terävyyden, ja mikä on enemmän, parempi lämmöntuotto.

Fokuspiste koko on tekijä, joka on otettava huomioon, kun valitaan röntgenputken. Valmistajat tuottavat laitteita pieniä polttopisteen, joissa on tarpeen saavuttaa korkea resoluutio ja tarpeeksi pieni säteily. Esimerkiksi tarvitaan tutkimuksessa pieni ja herkkä kehon osien, kuten mammografiassa.

X-ray tube lähinnä tuottaa fokuspisteitä kaksi kokoa - suuret ja pienet, jotka voidaan valita operaattorin mukaisesti kuvanmuodostuslaitteen menettelyä.

katodi

Päätehtävä katodi - tuottaa elektroneja ja keräämällä ne säteen suunnattu anodiin. Se koostuu yleensä pieni kierre lanka (hehkulanka) upotettu kupin muotoinen syvennys.

Elektronit läpi piiri ei yleensä jättää johtimen ja jättää vapaan tilan. Kuitenkin he voivat tehdä sen, jos he saavat tarpeeksi energiaa. Prosessissa, joka tunnetaan termisenä päästöjen käytetty lämpötila karkottaa elektroneja katodin. Tämä on mahdollista, kun paine tyhjennetyn röntgenputki saavuttaa 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. Art. Lanka kuumennetaan samalla tavalla kuin spiraali hehkulampun viemällä virta sen läpi. Työ kuvaputken liittyy kuumentamalla lämpötilaan luminenssisiirtymä lämpöenergian siitä elektroneja.

ilmapallo

Anodi ja katodi sisältyvät tiiviiseen koteloon - sylinteri. Ilmapallo ja sen sisältö usein kutsutaan insertin, joka on rajallinen ja voi olla korvattu. X-ray tube on yleensä lasikupuun, vaikka metalli ja keramiikka sylintereitä käytetään joissakin sovelluksissa.

Tärkein tehtävä on tukea säiliön ja eristäminen anodin ja katodin, ja tyhjiön ylläpitämiseksi. Paine evakuoitiin röntgenputki 15 ° C: ssa on 1,2 x 10 ^-3 Pa. Läsnäolo kaasun säiliön mahdollistaisi sähköä virrata laitteen läpi vapaasti, ei vain muodossa elektronisäteen.

kotelo

X-ray tube laite siten, että sen lisäksi, että kotelo ja tukea muita komponentteja, se toimii suojana elin ja absorboi säteilyä, paitsi hyödyllisiä säde kulkee ikkunan läpi. Sen suhteellisen suuri ulkoinen pinta haihtuu suurin osa lämmön laitteeseen. Välinen tila vaipan ja sisäke on täynnä öljyä, joka tarjoaa eristyksen ja jäähdyttämällä se.

ketju

Virtapiirin kytkee puhelimen virtalähteeseen, jota kutsutaan generaattori. Lähde on kytketty verkon ja muuntaa vaihtovirran tasavirraksi. Generaattori avulla voit myös muuttaa joitakin parametrejä ketjun:

• KV - jännite tai sähköinen potentiaali;
• MA - joka virtaa putken läpi;
• S - kesto eli valotusajan, murto toisen.

Piiri aikaansaa elektronien liikettä. Ne veloitetaan energiaa, joka kulkee kehittimen läpi, ja antaa sen anodi. Koska niiden liike tapahtuu kahden muunnokset:

• sähköjännite energia muuttuu liike-energiaksi;
• kineettinen puolestaan muutetaan röntgensäteilyn ja lämpöä.

mahdollinen

Kun elektronit saapuu pulloon, niillä on potentiaalia sähköenergiaa, joka määräytyy määrä KV jännite anodin ja katodin. X-ray tube käytettiin jännite tuottaa 1 KV, jonka jokainen hiukkanen on oltava 1 keV. Säätämällä KV, operaattori antaa jokaiselle elektroni on tietty määrä energiaa.

kinetiikka

Alhaisen paineen tyhjennetyn röntgenputkea (15 ° C: ssa se on 10 ^-6 -10 ^-7 torr. V.) avulla hiukkasten vaikutuksen alaisena päästöjen ja termisen sähköinen voima lähtevä katodilta anodille. Tämä voima kiihdyttää niitä, mikä lisää nopeutta ja liike-energiaa ja potentiaalia laskevasti. Kun hiukkanen laskeutuu anodi, sen potentiaali on menetetty, ja kaikki sen energia muunnetaan liike-energiaksi. 100 keV elektroni saavuttaa nopeus on suurempi kuin puoli valon nopeus. Löydetään partikkelin pinnalla on hidastunut nopeasti ja menettävät liike-energiaksi. Hän kääntyy röntgenkuvat tai lämpöä.

Elektronit tulevat kosketukseen yksittäisiä atomeja anodimateriaalin. Säteily niiden vuorovaikutus orbitaalien (röntgensäteilyn fotonit), ja jossa on ydin (jarrutussäteilyä).

sidosenergiasta

Kukin elektroni atomin on tietty sitova energiaa, joka riippuu koosta jälkimmäisen ja taso, jolla partikkeli sijaitsee. Sidosenergia on tärkeä rooli sukupolven tunnusomainen röntgensäteiden ja poistamiseksi tarvitaan elektronin atomin.

jarrutussäteilyä

Jarrutussäteilyä tuottaa eniten fotoneja. Elektronit tunkeutumaan anodimateriaali ja ulottuu lähelle tumaan, taipuu ja hidastui painovoiman atomi. Energiansa menetetty tässä kokouksessa näkyy muodossa röntgensäteilyfotonin.

valikoima

Vain muutama fotonit on energiaa lähes elektronin energia. Suurin osa heistä on alhaisempi. Oletetaan, että on olemassa tilaa tai kenttä ympäröi ydintä, jolloin elektronit kokemus voima "esto". Tämä kenttä voidaan jakaa vyöhykkeisiin. Tämä antaa näkymä alalla ydin kohde atomin keskellä. Elektroninen kuuluvat mihin tahansa kohde jarrutetaan ja generoi röntgensäteilyfotoni. Hiukkaset putoavat lähimpänä keskustaa, ovat kaikkein alttiimpia ja siksi menettävät eniten energiaa, tuottaa erittäin korkean energian fotonit. Elektronit tekemällä ulkoisen vyöhykkeen kokee heikko vuorovaikutus ja fotonien muodostamiseksi alemman energian. Vaikka alue on sama leveys, että niillä on erilainen alue riippuen etäisyydestä ydin. Koska hiukkasten lukumäärä välikohtaus vyöhyke, riippuu sen kokonaispinta-ala, on selvää, että ulkoinen alue kerää enemmän elektroneja ja aiheuttaa enemmän fotoneja. energy X-ray spektri voidaan ennustaa tätä mallia.

E _max fotonit tärkein jarrutussäteilyä spektri vastaa E _max elektroneja. Tämän pisteen alapuolella, jossa laskeva fotonin energia lisää niiden määrää.

Huomattava määrä fotoneja alhainen absorboidun tai suodatetaan, kun he yrittävät läpi anodin pinta putken tai laatikko suodatin. Suodatus on yleensä riippuvainen koostumuksesta ja materiaalin paksuus, jonka läpi säde kulkee, ja tämä määrittää lopullinen muoto vähän energiaa spektrin käyrä.

vaikutus KV

Korkean energian osa spektrin määrää jännite röntgenputken kV (kilovoltin). Tämä johtuu siitä, että se määrittää energia elektronien saavuttaa anodin, ja fotonit voi olla potentiaalia suurempi. Missään jännite käynnissä röntgenputken? Suurin fotonienergiaa vastaa maksimi käytetyn potentiaalin. Tämä jännite voi vaihdella altistuksen aikana, koska vaihtovirta-verkon. Tässä tapauksessa, E _max huippu jännite määritetään fotoneja värähtelyn aikana KV _s.

Edelleen mahdollinen quanta, KV _s määrittää säteilyn määrän syntyy tietty määrä elektroneja saavuttaa anodin. Koska kokonaishyötysuhde bremsstrahlung säteily kasvaa tapahtuu elektronin energia kasvaa, joka on määritetty KV _s, tämä merkitsee sitä, että KV _p vaikuttaa laitteen tehokkuuteen.

Muuttuvat KV _p, yleensä muuttaa taajuuksia. Kokonaispinta-ala energiaa käyrä edustaa fotonien lukumäärä. Suodattamaton spektri on kolmio, ja säteilyn määrä suhteessa neliön KV. Läsnä suodattimen lisää myös KV kasvua tunkeutumista fotonien, mikä vähentää prosenttiosuus suodatetun säteilyn. Tämä johtaa suurempiin säteilyn saannolla.

ominaisuus säteily

Tyyppi vuorovaikutus, joka tuottaa ominaisuus säteily käsittää nopea törmäys silmäkuopan elektroneja. Vuorovaikutus voi tapahtua vain silloin, kun osa E _hiukkasen on suurempi kuin sitovan energian atomin. Kun tämä ehto täyttyy, ja tapahtuu törmäys, elektroni on tyrmätty. Tämä jättää auki-asentoon, täytetään hiukkasten korkeammalle energiatasolle. Kun siirrymme elektronin antaa energiaa emittoituu muodossa röntgensäteilyfotoni. Sitä kutsutaan ominaisuus säteily, koska E on fotoneja ominainen alkuaine, josta anodi on tehty. Esimerkiksi, kun elektronin tippuu K volframikerroksesta _yhteydessä E = 69,5 keV, vapautuneen täytetään elektronin L-tason _yhteydessä E = 10,2 keV. Tunnusomainen röntgensäteiden fotoni on energia on yhtä suuri kuin ero kahden tason, tai 59,3 keV.

Itse asiassa, anodin materiaali johtaa useita tunnusomainen röntgensäteiden energiat. Tämä johtuu siitä, elektronit eri energiatasot (K, L, jne.) Voidaan tippuu pommittaa hiukkasten ja työpaikat voidaan täyttää eri energiatasot. Kun taas työpaikat L-tason fotoneja ja niiden energiat ovat liian pieniä käytettäväksi diagnostisessa kuvantamisessa. Kunkin ominaisuuden energia annetaan nimitys, joka osoittaa kiertoradalla, jolloin vapautuneen, jolla on indeksi, joka esittää elektronilähteen tarvitaan. alfa (α) tarkoittaa indeksi täyttämällä elektronin L-tason, ja beeta (β) osoittaa täyttöaste M tai N.

• Spectrum volframi. Ominaisuus säteily metalli tuottaa lineaarinen spektri, joka koostuu useista erillisistä energioiden ja jarrutus tuottaa jatkuva jakelu. Fotonien lukumäärä kirjoittaja kunkin ominaisuuden energiaa, tunnettu siitä, että todennäköisyys täyttämällä vapautuneen K-tasolla riippuu kiertoradan.
• Spektri molybdeeni. Anodit tämän metallin käytetään mammografiassa, tuottaa kaksi riittävän voimakas tunnusomainen röntgen- energia: K-alfa 17,9 keV ja K-beeta 19,5 keV. Optimaalisella röntgenputket, jonka avulla saavutetaan paras tasapaino kontrastin ja säteilytysannoksen keskimääräinen rintojen koko saavuttaa E _p = 20 keV. Kuitenkin jarrutussäteilyä tuottaa enemmän energiaa. Mammografiassa laitteet poistaa ei-toivotut spektrin osissa, käytetään molybdeeni suodatin. Suodatin toimii periaatteella «K-reuna." Se absorboi säteilyä yli elektronin sitovan energian K-tason molybdeeni atomi.
• Spektri rodium. Rodium on järjestysluku 45, ja molybdeeni - 42. Näin ollen tunnusomainen röntgensäteiden rodiumia anodi on hieman enemmän energiaa kuin molybdeeni ja enemmän läpitunkeva. Sitä käytetään kuvantamisen tiheä rinnat.

Anodien kaksinkertainen pinta-alat, molybdeeni, rodium, jotta käyttäjä voi valita jakelu optimoitu rinnat eri kokoisia ja tiheys.

Vaikutus spektrin KV

KV arvo vaikuttaa suuresti ominaisuus säteilyä, eli. K. Se ei voida tuottaa, jos vähemmän KV K-energiatason elektronien. Kun KV ylittää tämän raja-arvon, säteilyn määrä on yleensä verrannollinen eron ja kynnys KV putken KV.

Energia spektri fotonit X-ray lasersäteen laite määritetään useilla tekijöillä. Pääsääntöisesti, se koostuu bremsstrahlung ja ominaisuus vuorovaikutus.

Suhteellinen koostumus spektri riippuu anodimateriaalin, KV ja suodatin. Putkessa, jossa on volframianodiin päästöjen ominaisuus ei ole muodostettu KV <69,5 keV. Suuremmilla arvoilla HF käyttää diagnostisissa tutkimuksissa, ominaisuus säteily kasvattaa kokonais-säteilyn 25%. Molybdeeni laitteet voi kuitenkin olla suuri osa koko tuotantokapasiteettia.

tehokkuus

Vain pieni osa energiasta toimitetaan elektronien muunnetaan säteilyä. Pääfraktiolle imeytyy ja muuttuu lämmöksi. säteily tehokkuus määritellään osa koko säteilyteho yleisestä sähköinen välittänyt anodi. Tekijöitä, joiden tehokkuus röntgenputken sovelletaan jännite KV ja atomiluku Z. likimääräinen suhde seuraavasti:

• Tehokkuus = KV x Z x 10 ^-6.

Suhde tehokkuus ja KV on erityinen vaikutus käytännössä X-ray laitteet. Kuumuuden johdosta sukupolven putken on rajoitettu määrä sähkötehon, että ne voivat purkaa. Se asetetaan laitteen kapasiteetin raja. Yhä KV, kuitenkin, määrää säteilyä, joka tuotetaan yksi lämpöä lisää merkittävästi.

Riippuvuus tehokkuutta röntgen sukupolven koostumuksesta anodi on ainoa teoreettista mielenkiintoa, koska useimmissa laitteissa käytetään volframia. Poikkeuksena on molybdeeni ja rodiumin, käytetään mammografiassa. Tehokkuus näistä laitteista on merkittävästi alhaisempi volframi, koska niiden alemman atomiluvun.

tehokkuuden

Tehokkuus röntgenputki on määritelty määrä säteilytys millirentgenah toimitetaan kohtaan keskelle hyödyllisiä säteen etäisyydellä 1 m polttopisteen kunkin 1 mAs elektronit kulkevat laitteen läpi. Sen arvo edustaa kyky laitteen muuntaa energian varatut hiukkaset röntgensäteilyn. Sen avulla voit määrittää valotuksen potilaan ja tilannekuvan. Kuten tehokkuus, tehokkuus laitteen riippuu useista tekijöistä, mukaan lukien KV, jännitteen aallon muoto, anodimateriaalin ja aste pinnan vahingoittumisen suodatinlaitteen ja käytön aikana.

KV-johto

Jännite KV röntgenputki tehokkaasti säätää tehoa säteilyä. Pääsääntöisesti, oletetaan, että lähtö on suhteessa neliöön KV. Kaksinkertaistaa KV altistuminen kasvaa 4 kertaa.

aaltomuoto

Aaltomuoto kuvataan menetelmä, joka KV vaihtelee ajan aikana sukupolven säteilyn vuoksi syklinen luonne teho. Käytetyt useita eri aaltomuotoja. Yleinen periaate on: mitä pienempi muodon muuttuminen KV, X-ray säteily on tehokasta. Moderni käytettävät laitteet generaattorit suhteellisen vakiona KV.

Röntgenputket: Valmistajat

Oxford Instruments Company valmistaa erilaisia laitteita, kuten lasi, teho 250 W, 4-80 kV potentiaali, polttopisteen 10 mikronia ja monenlaisia anodimateriaaleihin, t. H. Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh, Ti, W.

Varian tarjoaa yli 400 erilaista teollisuudessa ja lääketieteessä ja röntgenputket. Muita tunnettuja tuottajat Dunlee GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong ym.

Venäjällä tuotettu röntgenputket "Svetlana-Roentgen". Lisäksi perinteisten laitteiden kanssa pyörivien ja paikallaan anodi yritys valmistaa laitteita kylmän katodin valovirran hallinnassa. Hyötyjä seuraavista laitteista:

• toimivat jatkuvassa ja pulssin välillä;
• Koska inertia;
• säätelemiseksi intensiteetti LED-virta;
• spektri puhtaus;
• mahdollisuus röntgensäteilyn vaihtelevan voimakkuuden.