Kā rengentlampās darbojas?

Rentgenstariem tiek ģenerēti, pārveidojot enerģiju no elektronus fotoniem, kas notiek ar X-ray caurulē. Daudzums (iedarbība) un kvalitāte (spektrs) starojums var regulēt, mainot pašreizējo, sprieguma un laiku instruments.

darbības princips

X-ray caurules (foto dots rakstā) ir enerģijas pārveidotāji. Viņi saņem to no tīkla un pārvērš citās formās - iekļūst starojumu un siltumu, tā ir nevēlama blakus produkts. X-ray caurule ierīce, piemēram, ka tas palielina ražošanu fotonu un izkliedē siltumu, cik ātri vien iespējams.

Caurule ir relatīvi vienkārša ierīce, kuras parasti sastāv no diviem pamatelementiem - katoda un anoda. Kad strāva plūst no katoda uz anodu, elektroni zaudē enerģiju, kas noved pie paaudzes rentgena stariem.

anods

Anods ir komponents, kas atšķiras ar to emisija no augstas enerģijas fotoniem ražots. Tas ir relatīvi liela metāla elements, kas ir savienots ar pozitīvo kātam elektriskajā ķēdē. Tai ir divas galvenās funkcijas:

• Tā pārvērš elektronu enerģiju rentgena starojumu,
• Tas izkliedē siltumu.

Par anoda materiāls ir izvēlēts, lai uzlabotu šīs funkcijas.

Ideālā gadījumā lielākā daļa elektronu jāveido augstas enerģijas fotoniem, nevis siltumu. Attiecība starp kopējo enerģiju, kas tiek pārvērsti X-staru (COP) ir atkarīgs no diviem faktoriem:

• atomu skaits (Z) no anoda materiāla,
• elektronu enerģija.

Vairumā rengentlampās kā izejvielas ar to anodu izmanto volframa, kura atomu skaits ir vienāds ar 74. Papildus liela Z, šis metāls ir dažas citas īpašības, kas to padara piemērotu šim nolūkam. Volframs ir unikāla ar savu spēju saglabāt spēku, kad tiek sasildīta, ir augsta kušanas temperatūru un zemu iztvaikošanas ātrumu.

Daudzus gadus, anods ir izgatavota no tīra volframa. Pēdējos gados, mēs sākām izmantot šo metālu sakausējumu ar rēnija, bet tikai uz virsmas. Self anods ar volframa-rēnijs pārklājums izgatavots no viegla materiāla, labu siltuma-uzglabāšanu. Divas šādas vielas ir molibdēns un grafīta.

X-ray caurule izmanto mamogrāfijas, ir izgatavots ar anoda, pārklāts ar molibdēna. Šis materiāls ir starpsavienojuma atomu skaitu (Z = 42), kas ģenerē fotoniem ar raksturīgu enerģiju, kas ir piemēroti, lai ierakstītu krūtīs. Daži mamogrāfijas ierīces arī ir otrais anoda, kas veidojas no rodija (Z = 45). Tas dod iespēju palielināt enerģiju un panākt lielāku iekļūšanu blīviem krūtīm.

Ar volframa-rēnijs sakausējuma izmantošana uzlabo ilgtermiņa starojuma izejas - ar laiku efektivitātes ierīces ar anoda izgatavoti no tīra volframa tiek samazināts, pateicoties siltuma bojājumu virsmas.

Lielākā daļa no anoda ir forma konusveida disku un piestiprina pie motora vārpstu, kas rotē tos samērā lielā ātrumā brīdī emisijas rentgena stariem. Mērķis par rotācijas - noņemšanu siltumu.

fokusa vietas

X-ray paaudzes daļa, kas nav visu anods. Tas notiek nelielā teritorijā tās virsmas - fokusa vietas. Izmēri pēdējā noteikta lieluma elektronu staru kūļa nāk no katoda. In lielākā daļa no tā ir taisnstūra forma svārstās 0,1-2 mm ierīcēm.

X-ray caurule dizains ar noteiktu izmēru fokusa vietas. Jo mazāks tas ir, mazāk kustības aizmiglot un augstāk asumu, un to, kas ir vairāk, jo labāk siltuma izkliedēšanu.

Fokusa vietas lielums ir faktors, kas jāņem vērā, izvēloties rentgenstaru caurule. Ražotāji ražo ierīces ar mazu fokusa vietas, kur tas ir nepieciešams, lai sasniegtu augstu izšķirtspēju un pietiekami mazs starojumu. Piemēram, tas ir nepieciešams pētījumā mazu un smalku ķermeņa daļām kā mamogrāfiju.

X-ray caurule galvenokārt ražo fokusa punktus ar diviem izmēriem - lieliem un maziem, kuru var izvēlēties operators saskaņā ar attēla formēšanas procedūru.

katods

Galvenais funkcija no katoda - lai radītu elektronus un savācot tos gaismu vērsta uz anoda. Tas parasti sastāv no neliela spirālveida stieples (pavedienu) iegulta kausveida padziļinājumā.

Elektroni, kas iet caur ķēdi nevar normāli atstāt diriģentu un atstāt brīvu telpu. Taču viņi var to darīt, ja viņi saņem pietiekami daudz enerģijas. In process ir pazīstams kā termiskā izstarojumu izmantotais siltuma izvadīt elektronus no katoda. Tas kļūst iespējams, kad spiediens ir evakuēta rentgenlampa sasniedz 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. Art. Dzija silda tādā pašā veidā kā spirālveida kvēlspuldzi, izejot pašreizējo tai cauri. Work katodstaru caurule ir pievienota, uzsildot līdz temperatūrai luminiscences pārvietošanas siltumenerģijas tiem, kā elektroni.

balons

Anoda un katoda ir ietverti ūdensnecaurlaidīgā korpusā - cilindru. Balons un tās saturs bieži tiek minēta kā ieliktni, kas ir ierobežots dzīvi un var aizstāt. X-ray caurule parasti ir stikla spuldze, gan metāla un keramikas cilindri, ko izmanto dažām lietojumprogrammām.

Galvenā funkcija ir atbalstīt konteineru un izolēšanu no anoda un katoda, un saglabājot vakuumu. In evakuēta rentgenlampa spiediens pie 15 ° C ir 1,2 × 10 ^-3 Pa. Gāzes klātbūtne tvertnē ļautu elektrība plūst caur ierīci brīvi, ne tikai formā elektronu staru.

apvalks

X-ray caurule aparāts, piemēram, ka papildus kamerā un atbalstu citu komponentu, tā kalpo kā vairoga organismā un absorbē starojumu, izņemot lietderīgās gaismu, kas iet caur logu. Tās salīdzinoši liels ārējās virsmas izkliedē lielāko siltumu ierīcē. Attālums starp tilpni un ieliktni ir piepildīta ar eļļu, kas nodrošina izolāciju un dzesēšanas to.

ķēde

Elektriskā ķēde savieno tālruni ar strāvas avotu, ko sauc ģenerators. Avots darbina no tīkla un pārveido maiņstrāvas uz līdzstrāvu. Ģenerators arī ļauj jums pielāgot dažus parametrus ķēdē:

• KV - spriegums vai elektrisko potenciālu;
• MA - strāva, kas plūst caur cauruli;
• S - ilgums vai iedarbības laiku, jo sekundes daļās.

Ķēde nodrošina pārvietošanos elektroni. Tie ir jāmaksā ar enerģiju, kas iet caur ģeneratoru, un dod to anoda. Kā to kustība notiek divas pārvērtības:

• elektriskais potenciālā enerģija tiek pārvērsta kinētiskajā enerģijā;
• kinētiskās, savukārt, tiek pārvērsti rentgenstaru un siltumu.

potenciāls

Kad elektroni ierodas kolbā, tiem piemīt potenciāls elektrisko enerģiju, kuru nosaka pēc apjoma KV sprieguma starp anodu un katodu. X-ray tube darbojās pie sprieguma, lai radītu 1 kV, kas katra daļiņa jābūt no 1 keV. Pielāgojot KV, operators sniedz katram elektronu ir noteikts enerģijas daudzums.

kinētika

Zems spiediens ir evakuēta x-ray cauruli (pie 15 ° C, tas ir V. 10 ^-6 -10 ^-7 Torr.) Ļauj daļiņas saskaņā ar darbības emisijai un Thermionic elektrisko spēkā izstarotās katods anoda. Šis spēks paātrina tos, kā rezultātā palielinās ātrumu un kinētisko enerģiju un iespējamo dilstošā. Ja daļiņu nolaižas uz anoda, tās potenciāls ir pazudusi, un visu savu enerģiju tiek pārvērsta kinētiskajā enerģijā. 100 keV elektronu sasniedz ātrums ir lielāks par pusi gaismas ātrumu. Pārsteidzoša virsmu daļiņu palēnina ļoti ātri un zaudē savu kinētisko enerģiju. Viņa pagriežas pret rentgena stariem vai karstumu.

Elektroni nonāk saskarē ar atsevišķiem atomiem anoda materiālu. Starojums, ko rada to mijiedarbību ar orbitālēs (X-ray fotonu), un ar serdi (bremsstrahlung).

saistošs enerģija

Katrs elektronu atoma ir noteikts saistošā enerģija, kas ir atkarīgs no lieluma pēdējo un līmenis, pie kura atrodas daļiņu. Saistošo enerģijai ir svarīga loma paaudzes raksturīgo rentgena stariem un ir nepieciešams, lai noņemtu elektrons no atoma.

bremsstrahlung

Bremsstrahlung rada lielāku skaitu fotoniem. Elektroni iekļūt anoda materiāla un pagarina tuvu uz kodolu, atstarotu un palēnināta gravitācijas spēka atomu. Viņu enerģija zaudēja šīs sanāksmes laikā parādās kā rentgena fotonu.

diapazons

Tikai daži fotoni ir enerģijas tuvu elektronu enerģiju. Lielākā daļa no tiem ir zemāks. Pieņemt, ka tur ir telpa vai lauks ap serdi, kas atšķiras ar to elektroni pieredzi spēks "inhibēšana." Šis lauks var iedalīt zonās. Tas dod skats uz lauka pamatā mērķa atoma centrā. Elektroniskā krīt jebkur mērķa tiek palēnināta un rada rentgenstaru fotonu. Daļiņas, kas ietilpst vistuvāk centram, ir visvairāk pakļauti, un tādējādi zaudē visvairāk enerģijas, kas ražo ļoti augstas enerģijas fotoniem. Elektroni noslēdzot ārējā zonā piedzīvo vāju mijiedarbību un radīt fotonu zemākas enerģijas. Kaut apgabalā ir vienāds platums, ka viņiem ir atšķirīgs zona atkarībā no attāluma no kodolā. Tā skaits daļiņu incidentu uz zonu, ir atkarīgs no tā kopējā platība, tas ir skaidrs, ka ārējā teritorija uzņemt vairāk elektronu un radīt vairāk fotoni. enerģijas rentgena spektrs var prognozēt ar šo modeli.

E _max fotoni galvenais bremsstrahlung spektrs, kas atbilst E _max elektroni. Zem šī punkta, samazinoties fotonu enerģija palielinās to skaitu.

Ievērojams skaits fotonu zemu enerģijas absorbē vai filtrē, jo tās mēģinājums caur virsmas anoda caurules vai kastē filtru. Filtrēšana ir parasti ir atkarīgs no sastāva un biezuma materiālu, caur kuru gaismas iet, un tas nosaka galīgo formu zema enerģijas spektra līkni.

ietekme KV

Augstas enerģijas daļa no spektra nosaka sprieguma x-ray mēģenes kV (kilovoltu). Tas ir tāpēc, ka tas nosaka enerģijas elektronu sasniedz anoda un fotoni nevar būt potenciāls ir lielāks par to. Saskaņā ar jebkuru sprieguma tekošu rentgena caurules? Maksimālais fotonu enerģija atbilst maksimālajam piemēro potenciālu. Šis spriegums var mainīties ekspozīcijas laikā, jo maiņstrāvai tīklā. Šajā gadījumā E _max spriegums nosaka fotonu svārstību periods KV _p.

Turklāt potenciāla Quanta, KV _lpp summu nosaka starojumu ar noteiktu skaitu elektronu sasniedz anoda radīto. Tā kopējā efektivitāte bremsstrahlung starojums tiek palielināts par incidenta elektronu enerģijas palielinās, kas tiek noteikta KV _p, tas nozīmē, ka KV _p ietekmē efektivitāti ierīci.

Mainot KV _p, parasti mainīt spektru. Kopējā zona zem enerģijas līknes norāda, cik fotoniem. Nefiltrēts spektrs ir trijstūris, un daudzums starojuma proporcionāli kvadrātveida KV. Piedaloties filtra arī palielina KV palielināt iekļūšanu fotoniem, kas samazina procentuālo filtrētā starojuma. Tas rada paaugstinātu radiācijas ražu.

raksturīgs starojums

Mijiedarbības veids, kas rada raksturīgo starojumu veido ātrgaitas sadursmes ar orbitālo elektroniem. Mijiedarbība var notikt tikai tad, kad E _daļiņu daļa ir lielāka par saistošu enerģija atomam. Ja šis nosacījums ir izpildīts, un ir sadursmes, elektronu tiek pārdota out. Tas atstāj atvērtu pozīciju, kas piepildīts ar daļiņu augstāku enerģijas līmeni. Kā mēs pārvietot elektronu dod enerģiju izstaro veidā rentgena fotonu. To sauc raksturīga starojums, jo E ir fotonu raksturīgs ķīmiskais elements, no kura tiek veikts anoda. Piemēram, ja elektronu tiek pārdota K volframa slānis _saistība ar E = 69,5 keV, vakance tiek aizpildīta ar elektronu no L-līmeņa _saziņu ar E = 10.2 keV. Raksturīgs X-ray fotonu ir enerģija ir vienāda ar starpību starp abiem līmeņiem, vai 59,3 keV.

Faktiski, anoda materiāls noved pie skaitu raksturīgu X-ray enerģiju. Tas notiek tāpēc, ka elektroni dažādos enerģijas līmeņos (K, L, utt), var tikt pārdota bombardēt daļiņas un vakances var būt piepildīts ar dažādiem enerģijas līmeni. Kamēr vakances L-līmenis rada fotoniem un to enerģija ir pārāk mazs izmantošanai diagnostiskiem. Katrs raksturīga enerģija tiek dota apzīmējumu, kas norāda orbitālais, kurā vakance, ar indeksu, kas parāda elektronu avota nepieciešama. alfa (α) apzīmē indeksu uzpildes elektronu no L-līmenī, un beta (β) norāda piepildījuma līmenis M vai N.

• Spectrum volframa. Raksturīgā starojums no metāla veido lineāru spektru, kas sastāv no vairākām diskrēto enerģijas un bremzēšanas rada nepārtrauktu sadalījumu. To fotoniem, ko rada katrs raksturīgo enerģiju skaits, kas raksturīgs ar to, ka varbūtība brīvās vietas aizpildīšanai K-līmenis ir atkarīgs no orbītas.
• Spectrum molibdēnu. Anodi šā metāla izmanto mamogrāfijas, ražot divus pietiekami intensīva raksturīga x-ray enerģiju: K-alfa 17,9 keV un K-beta pie 19,5 keV. Optimālā diapazons rengentlampās, kas ļauj panākt labāku līdzsvaru starp kontrastu un apstarošanas deva par vidējo krūšu izmēru sasniegt E _p = 20 keV. Tomēr bremsstrahlung ražot vairāk enerģijas. Ar mamogrāfijas iekārtu noņemšanai nevēlamu daļas spektra izmanto molibdēna filtru. Filtrs darbojas pēc «K-malas principu." Tā absorbē starojumu ar lieko elektronu saistošā enerģiju pie K-līmeņa molibdēna atoma.
• Par rodiju spektrs. Rodijs ir atomu skaitu 45, un molibdena - 42. Tādējādi, raksturīgie rentgenstarojums, kas ir rodija anoda būs nedaudz augstāka enerģijas nekā ka molibdēna un vairāk, kas ir ierīkotas. To izmanto attēlveidošanas blīvas krūtis.

Anodi ar dubultu platībām, molibdēnu, rodiju, ļauj operatoram izvēlēties sadalījumu optimizēta krūtis dažādu izmēru un blīvumu.

Ietekme uz spektra KV

KV vērtība ievērojami ietekmē raksturīgo starojumu, ti. K. Tas nebūs ražoti ja mazāk KV K-enerģijas līmeņa elektronus. Kad KV pārsniedz šo sliekšņa vērtību, daudzums starojuma parasti ir proporcionāla starpībai un sliekšņa KV caurule KV.

Enerģijas spektrs fotonu rentgenstaru gaismu, kas izplūst no ierīces tiek noteikts ar vairākiem faktoriem. Kā likums, tas sastāv no bremsstrahlung un raksturīgo mijiedarbību.

Relatīvais sastāvs spektra atkarīgs no anoda materiāla, KV un filtrē. Mēģenē ar volframa anoda emisijas pazīme nav izveidota pie KV <69,5 keV. Pie augstākas vērtības HF izmantoto diagnostikas pētījumos, raksturīga starojums palielina kopējo starojumu līdz 25%. Molibdēna ierīcēm tas var sasniegt lielu daļu no kopējās ražošanas jaudas.

efektivitāte

Tikai neliela daļa no enerģijas, ko elektroniem piegādātā tiek pārvērsti starojumu. Die Hauptfraktion uzsūcas un pārvērsta siltumā. starojums efektivitāte tiek definēta kā daļa no kopējā izstarotā jauda no General Electric izlietot anods. Faktorus, kas nosaka efektivitāti, X-ray caurule tiek piemēroti sprieguma KV un atomnumura Z. aptuvenā attiecība no šādiem:

• Efektivitāte = KV x Z x 10 ^-6.

Attiecības starp efektivitāti un KV ir īpaša ietekme uz praktisko izmantošanu rentgena iekārtu. Sakarā ar siltuma paaudzes caurules ir ierobežojums attiecībā uz skaitu, elektroenerģijas, ka viņi var kliedēt. Tas uzliek par jaudu ierīces ierobežojumu. Ar pieaugošo KV tomēr daudzums starojuma, ko viens no karstuma ievērojami palielinās.

No efektivitātes rentgena paaudzi par sastāvu anoda atkarība ir tikai akadēmiskās intereses, jo lielākā daļa ierīces, ko izmanto volframa. Izņēmums ir molibdēna un rodijs, ko izmanto mammogrammas. Efektivitāte šīm ierīcēm ir ievērojami zemāks par volframa, jo to mazāku atomu skaitu.

efektivitāte

Efektivitāte X-ray caurule tiek definēts kā summu apstarošanas millirentgenah piegādāta līdz punktam centrā lietderīgās sijas pie 1 m attālumā no fokusa vietas uz katru 1 Mas elektroniem, kas iet caur ierīci. Tās vērtība atspoguļo spēju ierīces, lai pārveidotu enerģiju no lādētu daļiņu ar rentgena starojumu. Tas ļauj jums, lai noteiktu iedarbību uz pacientu, un momentuzņēmumu. Kā efektivitāti, efektivitāte ierīces ir atkarīga no vairākiem faktoriem, tostarp KV, sprieguma viļņu formu, anoda materiāls un pakāpi virsmas bojājumiem filtra ierīci un izmantošanas laiku.

KV-pārvaldība

Sprieguma KV X-ray caurule efektīvi kontrolē izvades starojumu. Kā likums, tas tiek pieņemts, ka produkcija ir proporcionāls kvadrāta KV. Divkāršošana KV ekspozīciju pieaug 4 reizes.

viļņiem

Viļņiem apraksta metodi, kas KV mainās ar laiku paaudzes starojuma laikā sakarā ar ciklisko raksturu jaudu. Lietotas vairākas viļņu forma. Vispārējais princips ir: jo mazāka izmaiņas formu KV, X-ray starojums tiek ražota efektīvi. Mūsdienu iekārtas, ko izmanto ģeneratori ar relatīvi nemainīgu KV.

X-ray caurules: ražotāji

Oxford Instruments Uzņēmums ražo dažādas ierīces, ieskaitot stiklu, jauda līdz 250 W, 4-80 kV potenciālu, centrālajiem vietas 10 mikroniem un plašu anoda materiālu, t. H. Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh, Ti, W.

Varian piedāvā vairāk nekā 400 dažāda veida medicīnas un rūpniecisko rengentlampās. Citi zināmie ražotāji ir Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong et al.

Krievijā ražots rengentlampās "Svetlana-rentgens". Papildus tradicionālajām ierīces ar rotējošu un stacionāro anoda kompānija ražo iekārtas no aukstā katoda gaismas plūsmu kontrolē. Ieguvumi no šīm ierīcēm:

• darbam nepārtrauktā un impulsa veidiem;
• trūkums inerces;
• regulē intensitāti LED strāvas;
• spektrs tīrība;
• iespēja rentgena starojuma dažādu intensitāti.