Kuidas röntgenkiiretorud töötavad?

Röntgenikiirte poolt genereeritud muundades energia elektrone footonite mis esineb röntgenitoruga. Kogus (kokkupuude) ja kvaliteet (spektri) kiirguse saab reguleerida muutes, -pinge ja kellaaeg instrument.

tööpõhimõte

Röntgenitorudes (fotol toodud artiklis) on energia muundurid. Nad saavad seda võrku ja muundada teisteks vormid - läbistava kiirguse ja soojuse, viimane on ebasoovitav kõrvalprodukti. Röntgenitoruga seadme selline, et see maksimeerib tootmiseks footoneid ja hajutab soojuse võimalikult kiiresti.

Toru on suhteliselt lihtne seade, mis sisaldab tavaliselt kahte põhielementi - katoodi ja anoodi. Kui praegune voolab katood anood, elektronid kaotavad energiat, mis viib põlvkonna X-rays.

anoodi

Anood üheks komponendiks on, kusjuures emissiooni suure energiaga footonite toodetud. See on suhteliselt suur metallist element, mis on ühendatud positiivse pooluse vooluringi. Sellel on kaks peamist ülesannet:

• See muudab elektroni energiat röntgenkiirguse,
• See hajutab soojust.

Materjal anoodi valitakse suurendada nende funktsioone.

Ideaalis kõige elektronid peaksid moodustama suure energiaga footonid, mitte soojust. Suhe koguenergia, mis muundatakse röntgenkiirguse (COP) sõltub kahest tegurist:

• aatomnumbriga (Z) anoodi materjali
• elektronenergia.

Enamikus röntgenitorudes materjalina anoodi kasutatakse volframi, mille aatomnumber on võrdne 74. Lisaks suurele Z, selle metalli on teatud muude omaduste mis teeb selle sobivaks selleks. Volfram on ainulaadne oma võimele säilitada tugevus kuumutamisel, on kõrge sulamistemperatuur ja madala aurustumiskiirust.

Aastaid on anood on valmistatud puhtast volframist. Viimastel aastatel hakkasime kasutada seda metallisulamist reeniumi, kuid ainult pinnal. Self anoodi all volframi-rhenium kate valmistatud kergest materjalist, hea soojussalvestusmaterjalid. Kaks neist ainetest on molübdeeni ja grafiiti.

Röntgenkiirguse toru kasutatakse mammograafia, millesse on kaasatud anoodi kaetud molübdeeni. See materjal on vahepealne aatomnumbriga (Z = 42), mis genereerib footonite iseloomuliku energia, mis sobib salvestamise rinnale. Mõned Mammograafiaseadmed ka teise anoodi moodustatud roodium (Z = 45). See võimaldab suurendada energiat ja saavutada suuremat tungimist tihe rinnad.

Kasutamise volfram-rhenium sulamist parandab kiirguse pikaajaline väljund - ajas edendavad seadmed anood valmistatud puhtast volframist tõttu väheneb kuumuskahjustused pinnale.

Enamik anoodi kuju koonusjas kettad ja kinnitatud võllile, mis vahetab suhteliselt suurtel kiirustel ajal emissiooni röntgen. Eesmärk rotatsiooni - eemaldamine soojust.

fookuskaugus kohapeal

X-ray põlvkonna osa mitte kogu anoodi. Ta esineb väike sellest pinnast - fookuskaugus kohapeal. Mõõdud viimase määratud suurus elektronkiire riigist katood. Enamikul tal ristkülikukujulised varieerub 0,1-2 mm seadmetes.

X-ray toru disain teatud suurusest fookuskaugus kohapeal. Mida väiksem see on, seda vähem hägu ja suurem teravus ja mida on rohkem, seda parem soojuse hajumist.

Focal koht suurus on tegur, mida tuleb kaaluda valides X-ray tube. Tootjad valmistavad seadmed väikeste fookuskaugus koht, kus see on vajalik, et saavutada kõrge eraldusvõime ja piisavalt väike kiirgust. Näiteks on vaja uuringut väikeste ja õrn kehaosad nagu mammograafia.

Röntgenkiirguse toru toodavad peamiselt fookuskaugusega tilkade kahes suuruses - suured ja väikesed, mida saab käitaja valitud vastavalt kujutise moodustav protseduuri.

katood

Põhifunktsioon katood - genereerida elektronid kokkukogumiseks kiirteks suunatud anoodi. See koosneb üldjuhul väike spiraaltraadiga (hõõgniidi) sängitatud topsikujuline süvend.

Elektronid läbib ringi ei lahku tavaliselt dirigent ja jätta vaba ruumi. Kuid nad ei saa seda teha, kui nad saavad piisavalt energiat. Protsessis, mida nimetatakse termilise heitkoguste kasutatud kuumus väljutada elektrone katoodi. See saab võimalikuks, kui rõhk tühjendatud röntgenitoru jõuab 10 ^-6 -10 ^-7 torri. Art. Lõng kuumutatakse samal viisil kui spiraali hõõglambi sooritades praegune läbiv. Töö elektronkiiretoru kaasneb kuumutades temperatuurini luminestsents nihe soojusenergia sellest elektronid.

balloon

Anood ja katood sisalduvad suletavas korpus - silindri. Balloon ja selle sisu on sageli viidatud kui insert, mis on piiratud elu ja saab asendada. Röntgenkujutis toru on üldjuhul klaaskolvist, kuigi metalli ja keraamika silindrid kasutatud mõnede rakenduste jaoks.

Põhifunktsioon on toetada mahutit ja isoleerimise anoodi ja katoodi ja säilitada vaakumis. Rõhk evakueeriti röntgenitoru temperatuuril 15 ° C on 1,2 x 10 ^-3 Pa. Juuresolekul gaasi paak võimaldaks elektri voolu läbi seadme vabalt, mitte ainult vormis elektronkiire.

majutus

Röntgenitoruga aparaati, nii et lisaks ümbrise ja tugi muud osad, teenib kilbina keha ja neelab kiirgust, välja arvatud kasulikud tala associated läbi akna. Selle suhteliselt suur välispind hajutab kõige soojuse seade. Ruumi vahel kest ja sahtel täis õli, mis annab isolatsioon ja jahtumist.

kett

Vooluahel ühendab telefoni toiteallikaga, mida nimetatakse generaator. Allikas toidetakse võrgust ja muundab vahelduvvoolu alalisvooluks. Generaator Samuti saate kohandada mõningaid parameetreid keti:

• KV - pinge või elektriline potentsiaal
• MA - praegune mis voolab läbi toru;
• S - kestus või ekponeerimisaja in sekundimurdosad.

Ringkonnakohus annab liikumine elektronid. Neid süüdistatakse energia, mis läbib generaator ja anna see anoodi. Kuna nende liikumine toimub kahe muutusi:

• elektriline potentsiaal energia muundatakse kineetiline energia;
• Kineetilise omakorda muundatakse röntgenkiirgust ja kuumust.

potentsiaal

Kui elektronide saabuvad kolbi neil potentsiaali elektrienergiat, mis määrab ära kogus KV vaheline pinge anood ja katood. Röntgenkiirguse torus töötab pingel genereerida 1 KV mille iga osake peab olema 1 keV. Muutes KV operaator annab igale elektronide on teatud kogus energiat.

kineetika

Madalsurvetihendid õhutühjas röntgenitoru (15 ° C juures on 10 ^-6 -10 ^-7 torri. V.) Võimaldab osakeste toimel emissiooni ja termioonilistes elektriline jõud väljutab katood anood. See jõud kiirendab neid, mille tulemusena suurenes kiirus ja kineetiline energia ja potentsiaalne kahanevalt. Kui osakeste maandub anoodi, oma potentsiaali on kadunud, ja kõik selle energia muundatakse kineetiline energia. 100-keV elektronide saavutab kiiruse üle poole valguse kiirusega. Leidmine osakese pinnal on aeglustumas väga kiiresti ja kaotavad oma kineetilise energia. Ta pöördub röntgen või soojust.

Elektronid kokkupuutumiseks üksikute aatomite anoodmaterjali. Tekitatud koostoimel orbitaalidest (röntgenkiirte footoneid) ja südamikuga (pärsskiirgus).

siduvad energia

Iga elektron aatomi on teatud siduvaid energia, mis sõltub suurusest ja viimasega taset, mille juures osakeste asub. Seoseenergia mängib olulist rolli põlvkonna iseloomuliku röntgenkiirtega ja seda on vaja eemaldada ühe elektroni aatomi.

pärsskiirgus

Pärsskiirgus toodab kõige rohkem footonid. Elektronid tungi anoodmaterjali ja lähedusse ulatuvad tuumas paindub ja aeglustus gravitatsioonijõud aatom. Nende energia kaotanud sel koosolekul ilmub kujul X-ray footon.

vahemikus

Vaid mõned footonid on energia lähedal elektronide energiat. Enamik neist on madalam. Oletame, et on olemas ruum või valdkonnas südamikku ümbritsev, milles elektronid kogemusi jõud "pärssimisega." Seda välja saab jagatud tsoonideks. See annab ülevaate valdkonna tuum sihtmärgi aatomi keskel. Elektrooniline langevad kõikjal sihtmärk on aeglustunud ning genereerib X-ray footon. Osakesed, mis kuuluvad kõige lähemal kesklinnas, on kõige enam ohustatud ning seetõttu kaotavad kõige rohkem energiat, toodavad väga suure energiaga footonid. Elektronid sisenemist välimine tsoon tekkinud nõrk vastasmõju ja tekitada footonite madalama energiaga. Kuigi piirkond on sama laiusega, et neil on erinev piirkond sõltuvalt kaugusel tuuma. Kuna osakeste arv langeva tsooni, sõltub selle kogupindala on ilmne, et väline ala lüüa rohkem elektrone ja põhjustada rohkem footonid. energia X-ray spektri võib prognoosida selle mudeli.

_Emaks footonite peamised pärsskiirgus vastavas spektris _Emaks elektronid. Allpool Siinkohal vähenedes footoni energia suurendab nende arvu.

Märkimisväärne arv footoneid madala neelatud või filtreeritakse, sest nad üritavad läbida pinnal anoodi toru või kasti filtri. Filtreerimine on üldiselt sõltub koostise ja materjali paksus, mille kaudu tala möödub ja see määrab lõpliku kuju madala energia spektris kõver.

mõju KV

Suure energiaga osa spektrist määrab pinge röntgenkiirte katseklaasides kV (kilovolt). See on, sest see määrab energia elektronide jõudmist anoodi ja footonid ei saa olla potentsiaali suurem kui see. Mingil pinge töötab X-ray tube? Maksimaalne footoni energia vastab maksimaalsele rakendada potentsiaali. See pinge võib varieeruda ajal toimes vahelduvvoolu võrku. Sel juhul _Emaks maksimumpinget määrati footoni võnkeperiood KV _p.

Edasised potentsiaalsed Quanta, KV _p määrab koguse tekitatud kindla arvu elektrone jõudmist anoodi. Kuna üldine efektiivsus pärsskiirgus kiirguse kasvas intsident elektronide energia suureneb, mis määratakse KV _p, see tähendab, et KV _lk mõjutab seadme efektiivsust.

Muutuvad KV _p, tavaliselt muuda spektrit. Üldpindala energia kõver näitab footonite arvu. Filtreerimata spekter on kolmnurk, ja summa kiirguse osakaal ruutu KV. Kohalolekul filtri suurendab ka KV kasv penetratsiooni footoneid, mis vähendab protsent filtreeritud kiirgus. See suurendab kiirgust saagisega.

iseloomulik kiirgus

Milline interaktsioon, mis genereerib iseloomulik kiirgus koosneb suure kiirusega kokkupõrkel orbitaalile. Interaktsiooni saab toimuda ainult siis, kui osa _E osakesel on suurem kui seoseenergia aatomi. Kui see tingimus on täidetud, ja seal on kokkupõrge, elektron kukub välja. See jätab avatud asendisse, täidetakse osakese kõrgem energiatase. Astume elektron annab energiat kiiratakse kujul röntgenkiirte footoni. Seda nimetatakse iseloomulik kiirgus, kuna E footonite iseloomulikuma keemilise elemendi, mille anood on valmistatud. Näiteks, kui elektroni kukub K volframi kihti _seoses E = 69,5 keV, tööpakkumiskuulutuse täidetakse ühe elektroni L-tasemel _suhtlemine E = 10,2 keV. Iseloomulik röntgenkiirte footoni on energia võrdne vahe kahe tasemeni või 59,3 keV.

Tegelikult anoodmaterjali põhjustab mitmeid iseloomulike röntgenkiirte energiad. Selle põhjuseks on asjaolu elektronid erinevatel energiatasemete (K, L jne) võib koputasin pommitab osakesed ja vabade võib täis erinevaid energiatasemete. Kuigi vabade L-tase tekitab footoneid ja nende energia on liiga väike kasutamiseks diagnostiliste. Iga iseloomuliku energia omistati väärtus, mis näitab orbitaalse, kus a vakantsuses mille indeks, mis näitab elektronide allikas vaja. alfa (α) tähistab indeks täites elektroni L-tasemel ja beeta (β) näitab täitenivood M või N.

• Spectrum volframi. Iseloomulikud kiirgus metalli toodab lineaarset spektris koosneb mitmest diskreetse energiad ja pidurdamine tekitab pideva jaotuse. Footonite arvu loodud iga omaduse energia, mida iseloomustab see, et tõenäosus vakantsi täitmiseks K-tase sõltub orbiidi.
• Spectrum molübdeeni. Anoodid selle metalli kasutatakse mammograafia, toota kahte küllaldase tugevusega iseloomulik röntgenkiirte energiat: K-alfa 17,9 keV ja K-beta 19,5 keV. Optimaalne vahemikus röntgenitorudes, mis võimaldab saavutada optimaalne tasakaal kontrasti ja kiirgusdoosi puhul keskmine rindade suurus saavutatavad E _p = 20 keV. Kuid pärsskiirgus toota rohkem energiat. Mammograafias tehnika eemaldamaks soovimatuid spektri osa kasutatakse molübdeeni filtri. Filter töötab põhimõttel «K-serva." See neelab kiirguse liig elektronide seoseenergia hetkel K-tasemel molübdeeni aatom.
• Spekter roodium. Roodium on aatomnumbriga 45, ja molübdeeni - 42. Seega iseloomuliku röntgenkiirtega roodiumi anood on pisut kõrgemad energia omast molübdeeni ja läbitungivamalt. Seda kasutatakse kujutamiseks tihe rinnad.

Anoodid kahekordse pindalad, molübdeen, roodium, et võimaldada ettevõtjal valida jaotus optimeeritud rinnad erineva suuruse ja tihedusega.

Mõju spektri KV

KV väärtus oluliselt mõjutab iseloomulik kiirgus, st. K. Seda ei toodetud, kui vähem KV K-energia tase elektronid. Kui KV ületab selle läviväärtuse kiirguse kogusest on üldiselt proportsionaalne erinevusega ja läve KV toru KV.

Energiat spekter footoneid röntgenkiir väljutab seadme määravad mitmed faktorid. Üldjuhul see koosneb pärsskiirgus ja iseloomuliku suhtlemist.

Suhtelise koostise spektriosa sõltub anoodmaterjali, KV ja filtreeritakse. Katseklaasis volframdüüsi anoodi emissiooni omadusi ei moodustatud KV <69,5 keV. Suuremate koguste HF kasutatakse diagnostiliste uuringute iseloomuliku kiirgus suurendab summaarset kiirgusdoosi kuni 25%. Molübdeeni seadmete puhul võib see ulatuda suur osa kogu tootmisvõimsusest.

efektiivsus

Ainult väike osa energiast, mida elektronid muundatakse kiirgust. Põhifraktsiooniga imendub ja muundada soojust. kiirguse efektiivsus defineeritud kui murdosa kogu kiirgusvõimsus üldisest elektriline edastatud anoodi. Tegurid, mis määravad tõhusust röntgenitoruga on rakendatud pinge KV ja aatomnumbriga Z. ligikaudne suhe järgmised:

• Kasutegur = KV x Z x 10 ^-6.

Suhet tõhusust ja KV on spetsiifiline mõju praktilise kasutamise röntgenseadmestik. Tänu soojusenergiat toru on piir, kui palju elektrienergiat, et nad võivad hajutada. See paneb seadme võimsust piiri. Suurenev KV siiski kiirguse kogusest valmistada pigem ühe heat suurendab oluliselt.

Sõltuvuse tõhusust X-ray põlvkonna koostise kohta anoodi ainult akadeemilise huvi, sest enamik seadmeid kasutatakse volframi. Erandiks on molübdeeni ja roodiumi, mida kasutatakse Mammogram. Tõhusust nende seadmete oluliselt väiksem volframi, sest nende madalam aatomnumbriga.

tõhusus

Kasutegur röntgenitoruga defineeritakse kogus kiiritamist millirentgenah tarnitud punktini kesklinnas kasulike tala kauguselt 1 meetri kaugusele fookuskaugusega baas iga 1 MAS elektronid läbib seadmest. Selle väärtus kujutab võime seadme teisendada energiat laetud osakeste röntgenkiirgust. See võimaldab teil määrata kokkupuute patsiendi ja hetkeseisu. Nagu tõhususe, seadme efektiivsust sõltub mitmest tegurist, sealhulgas KV, pinge lainekujudele anoodi materjal ja peegeldub pinnale Filtri vigastamise seadme ja kasutamise ajal.

KV-juhtimine

Pinge KV röntgenitoruga efektiivselt kontrollib väljundit kiirgust. Üldjuhul eeldatakse, et väljund on võrdeline ruudu KV. Kahekordistades KV ekspositsioon suureneb 4 korda.

lainekuju

Signaali kuju kirjeldatakse meetodit, mille KV ajas muutuv tekitamise käigus kiirguse tõttu tsüklilise milline võimsus. Kasutatud mitme erineva signaalid. Üldine põhimõte on: mida väiksem on kuju muutust KV on röntgenkiirguse seda toodetakse tõhusalt. Kaasaegne tehnika kasutatud generaatorid suhteliselt konstantne KV.

Röntgenitorudes: Tootja

Ettevõte Oxford Instruments toodab erinevaid seadmeid, sealhulgas klaasist, võimsus 250 W, maht 4-80 kW, fookuskaugus kohapeal kuni 10 mikronit ja laia valikut materjale anoodi, Vol. H. Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh, Ti, W.

Varian pakub üle 400 erinevat tüüpi meditsiiniliste ja tööstuslike röntgenitorudes. Teised tuntud tootjad Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong jt.

Venemaa toodetud röntgenitorudes "Svetlana-Roentgen". Lisaks traditsioonilistele seadmete pöörlevate ja statsionaarne anoodi ettevõte toodab seadmeid ja külmkatoodlampidega valgusvoog kontrollitud. Eelised järgmisi seadmeid:

• töötada pideva ja impulsi puhul;
• Kuna inerts;
• reguleerivad intensiivsuse LED praeguse;
• spektri puhtuse;
• võimalust röntgenkiirguse erineva intensiivsusega.