X线球管，你真的了解吗？（一）

admin · 发表于 2020-10-19 14:48:31

<img src="image/20201019/8f7918c092df8acb8ae834f346ac6c80_1.gif" /> 诊断用X线球管 X线球管是X线机的主要组成部分之一，是产生X线的元件，其作用是将电能转化为X线。自1895年伦琴发现X线以来，X线球管逐步向功率大、焦点小和专用化方向发展，其结构不断改进，先后出现了固定阳极、旋转阳极以及各种特殊X线管。本章主要介绍诊断用X线管的基本结构、特性、参数及相关知识，并简要介绍了各种特殊X线管和X线管的焦点，为正确使用X线管打下基础。 第一节 固定阳极X线球管 一、球管结构 固定阳极X线球管是诊断用X线管中最简单的一种，其结构主要由阳极、阴极和玻璃壳三部分组成。 （一）阳极 阳极的主要作用是阻挡高速运动的电子流而产生X线，同时将曝光时产生的热量辐射或传导出去；其次是吸收二次电子和散乱射线。 固定阳极X线球管的阳极结构由阳极头、阳极帽、玻璃圈和阳极柄四部分组成。 1．阳极头它由靶面和阳极体组成。靶面的作用是承受高速运动的电子流轰击，产生X线（曝光）。但由于曝光时，只有不到1%的电子流动能转换为X线能，其余均转化为热能，所以曝光时，靶面将产生大量的热量而使其工作温度很高。又由于辐射的X线强度与靶面材料的原子序数成正比，所以X线管的靶面材料一般都选用钨（Z=74），故称为钨靶。钨的特点是熔点高（3370℃），蒸发率低，原子序数大，又有一定的机械强度。但钨的导热率小，受电子轰击后产生的热量不能很快地传导出去，故常把厚度为1.5～3mm的钨靶面用真空熔焊的方法焊接到导热率较大的无氧铜制成的阳极体上。这样制成的阳极头不但辐射X线的效率高，而且具有良好的散热性能。 固定阳极X线球管的靶面静止不动，电子流总是轰击在靶面固定的同一位置上。由于单位面积上所承受的最大功率是一定的，所以固定阳极X线管的功率是有限的。 2．阳极帽它又称阳极罩或反跳罩，由含钨粉的无氧铜制成，依靠螺纹固定到阳极头上，其主要作用是吸收二次电子和散乱射线。阳极帽上有两个圆口：头部圆口面对阴极，是高速运动的电子流轰击靶面的通道；侧下部圆口向外，是X线的辐射通道，有的X线球管在此圆口处加上了一层金属铍片，以吸收软X线，降低病人皮肤剂量。 高速运动的电子流轰击靶面时，会有少量的电子从靶面反射和释放出来，这部分电子称为二次电子。二次电子有害无益，其能量较大（约为原来的99%），轰击到玻璃壳内壁上，将使玻璃壳温度升高而释放气体，降低管内真空度或使玻璃壳击穿；二次电子再次被阳极吸引轰击到靶面上时，由于没有经过聚焦，将辐射出非焦点散射X线，使X线影像质量降低；二次电子还会附着在玻璃壁上，造成整个管壁电位分布极不均匀，产生纵向应力，易致玻璃壁损坏。 阳极帽罩在靶面的四周，与阳极同电位，故它可以吸收50%～60%的二次电子，并可吸收一部分散乱X线，从而保护X线管和提高影像质量。 3．玻璃圈它是阳极和玻璃壳的过渡连接部分，由4J29膨胀合金（镍29%，钴17%，余为铁）圈与玻璃喇叭两部分封焊而成。其中，玻璃端与玻璃壳封接，膨胀合金端与阳极头焊接在一起。 4．阳极柄它由无氧铜制成，呈圆柱体状且横截面较大，与阳极头的铜体相连，是阳极引出管外的部分。它的管外部分浸在变压器油中，通过与油之间的热传导，将靶面的热量传导出去，从而提高了阳极的散热速率。 （二）阴极 阴极的作用是发射电子并使电子流聚焦，使轰击在靶面上的电子流具有一定的大小、形状。其结构主要由灯丝、阴极头、阴极套和玻璃芯柱等四部分组成，如图3-3所示。 1．灯丝它的作用是发射电子。灯丝由钨制成，因为钨在高温下有一定的电子发射能力、熔点较高、延展性好、便于拉丝成形、抗张力性好、且在强电场下不易变形等特点。诊断用X线管的灯丝都绕成小螺线管状。 灯丝电压一般为交流5～10V、50Hz，灯丝电流一般为2～9A，3～6A的占多数。灯丝通电后，温度逐渐上升，到一定温度（约2100K）后开始发射电子。灯丝发射电子与温度之间的关系（灯丝电子发射特性曲线），如图3-4所示。对于给定的灯丝，在一定范围内，灯丝电压越高，灯丝温度也越高，发射电子的数量就越大。从图中可以看出：①调节灯丝的加热电压即可改变灯丝发射的电子数量；②灯丝温度与发射电子的数量关系是呈指数的非线性关系。因此，调试X线机的管电流（mA）值时，要当心，特别是在调整大mA档时要小幅调整，以免灯丝烧断而损坏X线管；另外，更换X线管时，必须按照新换X线管的灯丝加热参数、仔细调整灯丝加热电路，使各mA档数值准确。 一般情况下，灯丝点燃时间越长，工作温度越高，钨的蒸发越快，灯丝寿命越短。如果灯丝电流比额定值升高5%，灯丝寿命则缩短一倍，如图3-5所示。实际工作中是按照管电流需要来确定灯丝加热温度的，因此只能靠缩短灯丝的点燃时间来延长灯丝的寿命。 另外，功率较大的X线球管为了协调不同功率与焦点的关系，阴极装有两根长短和粗细都不同的灯丝，长的灯丝加热电压高，发射电流大，形成大焦点；短的灯丝加热电压低，发射电流小，形成小焦点，这种X线球管称为双焦点X线管，其阴极一般有三根引线，一根为公用线，其余两根分别为大、小焦点灯丝的引线。 2．阴极头它又称聚焦槽、聚焦罩或集射罩。它由纯镍或铁镍合金制成长方形槽，其作用是对灯丝发射的电子进行聚焦。灯丝发射的大量电子，在电场的作用下，高速飞向阳极，但由于电子之间相互排斥，致使电子流呈散射状。为使电子聚焦成束状飞向阳极，将灯丝装入被加工成圆弧直槽或阶梯直槽的阴极头内，灯丝的一端与其相联，两者获得相同的负电位，借其几何形状，形成一定的电位分布曲线，迫使电子呈一定形状和尺寸飞向阳极，达到聚焦的目的。在自整流X线机中，负半周时，聚焦罩还可以吸收二次电子，以保护灯丝和玻璃壳的安全。 （三）玻璃壳 玻璃壳又称管壳，用来固定，支撑阴、阳两极并保持管内的真空度，通常采用熔点高、绝缘强度大、膨胀系数小的钼组硬质玻璃（如国产DM-305）制成。由于钼组玻璃壳与阴、阳两极的金属膨胀系数不同，两者不宜直接焊接，故在铜体上镶有含54%铁、29%镍、17%钴的合金圈作为中间过渡体，再将玻璃壳焊接在合金圈上，使合金圈与硬质玻璃膨胀系数相近，以避免因温度变化而造成结合部的玻璃出现裂缝或碎裂。有的X线管还将X线射出口处的玻璃加以研磨，使其略薄，以减少玻璃对X线的吸收。 为防止X线管管内气体放电，保证阴极发射的电子能畅通无阻挡地高速飞向阳极，管内的真空度应保持在133.3×10-7Pa(10-7mmHg)以下；另外，装入管内的所有零件都必须经过严格清洗去油和彻底除气（通常采用高频真空加热抽气）。固定阳极X线球管的主要缺点是：焦点尺寸大、瞬时负载功率小。目前，在医用诊断X线机中，固定阳极X线球管已多被旋转阳极X线球管取代。但固定阳极X线球管结构简单、价格低，在小型X线机、治疗X线机（阳极循环冷却）等装置中仍被采用。 <img src="image/20201019/df1c2eb09b3189e573942cb954365e1d_2.png" />

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