As die X-straal buise werk?

X-strale word gegenereer deur die omskakeling van die energie van die elektrone om fotone, wat plaasvind in die X-straalbuis. Hoeveelheid (blootstelling) en kwaliteit (spektrum) bestraling kan aangepas word deur die verandering van die stroom, spanning en tyd van die instrument.

beginsel van werking

X-straal buise (foto gegee in die artikel) is energie-omsetters. Hulle ontvang dit uit die netwerk en omskep in ander vorme - indringende bestraling en hitte, die laasgenoemde is 'n ongewenste byproduk. X-straalbuis toestel so dat dit gemaksimaliseer die produksie van fotone en verdryf die hitte so gou as moontlik.

Die buis is 'n relatief eenvoudige toestel, tipies bestaan uit twee basiese elemente - 'n katode en 'n anode. Wanneer stroom vloei uit die katode na die anode, die elektrone verloor energie, wat lei tot die geslag van X-strale.

anode

Die anode is 'n komponent, waar die emissie van 'n hoë-energie fotone geproduseer. Dit is 'n relatief massiewe metaal element wat verbind is aan die positiewe pool van die elektriese stroombaan. Dit het twee hooffunksies:

• Dit vat die elektron energie in X-straal-bestraling,
• Dit verdryf hitte.

Die materiaal vir die anode gekies om hierdie funksies te verbeter.

Die ideaal is, is die meeste van die elektrone moet 'n hoë-energie fotone vorm, eerder as hitte. Verhouding van totale energie wat omgeskakel word na X-bestraling (COP) is afhanklik van twee faktore:

• atoomgetal (Z) van die anode materiaal,
• elektron energie.

In die meeste X-straal buise as 'n materiaal van die anode gebruik wolfram, wie se atoomgetal gelyk aan 74. Benewens die groot Z is, hierdie metaal het sekere ander eienskappe wat dit geskik maak vir hierdie doel maak. Tungsten is uniek in sy vermoë om krag in stand te hou wanneer dit verhit word, het 'n hoë smeltpunt en 'n lae verdamping.

Vir baie jare, is die anode gemaak van suiwer wolfram. In onlangse jare, het ons begin om hierdie legering gebruik met renium, maar net op die oppervlak. Self anode onder die tungsten-renium laag gemaak van ligte materiaal, goeie hitte-stoor. Twee sulke stowwe is molibdeen en grafiet.

Die X-straalbuis gebruik vir mammografie, is gemaak met die anode, bedek met molibdeen. Hierdie materiaal het 'n intermediêre atoomgetal (Z = 42), wat fotone met kenmerkende energie, wat geskik is vir die opname van die bors genereer. Sommige mammografie toestelle het ook 'n tweede anode, gevorm uit rodium (Z = 45). Dit maak dit moontlik om energie te verhoog en bereik 'n groter penetrasie vir digte borste.

Die gebruik van tungsten-renium allooi verhoog die lang termyn bestraling uitset - met tyd doeltreffendheid toestelle met anode gemaak van suiwer wolfram verminder as gevolg van termiese skade aan die oppervlak.

Die meeste van die anode het die vorm van die tapse skyfies en om die motor steel, wat hulle roteer teen relatief hoë spoed by die tyd van die vrystelling van X-strale vasgestel. Die doel van die rotasie - die verwydering van hitte.

brandpunt spot

Die X-straal-generasie deel nie die hele anode. Dit kom in 'n klein area van die oppervlak - die brandpunt spot. Dimensies laaste bepaal grootte van die elektronstraal kom uit die katode. In die meerderheid van dit het 'n reghoekige vorm wissel binne 0,1-2 mm toestelle.

Die x-straalbuis ontwerp met 'n sekere grootte van die brandpunt spot. Die kleiner dit is, hoe minder beweging vervaag en hoër skerpte, en wat meer is, hoe beter warmteafvoer.

Brandpunt spot grootte is 'n faktor wat oorweeg moet word wanneer die keuse van die X-straalbuis. Vervaardigers produseer toestelle met 'n klein brandpunt plek, waar dit nodig is om 'n hoë resolusie en klein genoeg bestraling bereik. Byvoorbeeld, is dit nodig in die studie van klein en delikate dele van die liggaam as in mammografie.

Die X-straalbuis produseer hoofsaaklik fokus kolle met twee groottes - groot en klein, wat deur die operateur kan gekies word in ooreenstemming met die beeld vorming proses.

katode

Die belangrikste funksie van die katode - om elektrone te genereer en die invordering van hulle in 'n bundel gerig word aan die anode. Dit bestaan gewoonlik uit 'n klein spiraal draad (filament) ingebed in 'n koppievormige reses.

Elektrone wat deur die kring kan nie normaalweg verlaat die dirigent en laat 'n oop spasie. Hulle kan egter dit doen, as hulle genoeg energie te kry. In 'n proses wat bekend staan as termiese emissie, die hitte gebruik om die elektrone te verdryf uit die katode. Dit word moontlik wanneer die druk in 'n ontruim x-straalbuis 10 ^-6 -10 bereik ^-7 Torr. Art. Die draad verhit word op dieselfde wyse as 'n spiraal filament lamp deur 'n huidige therethrough. Werk katodestraalbuis word vergesel deur die verhitting tot 'n temperatuur luminessensie verplasing hitte-energie daaruit die elektrone.

ballon

Die anode en katode is vervat in 'n verseëlde behuising - silinder. Die ballon en die inhoud daarvan is dikwels na verwys as 'n insetsel, wat 'n beperkte lewe het en kan vervang word. Die x-straalbuis het oor die algemeen 'n glas gloeilamp, hoewel metaal en keramiek silinders gebruik vir 'n paar programme.

Die belangrikste funksie is om die houer en isolasie te ondersteun van die anode en die katode, en die handhawing van vakuum. Die druk in die ontruim x-straalbuis by 15 ° C is 1,2 × 10 ^-3 Pa. Die teenwoordigheid van gas in die tenk sal toelaat elektrisiteit deur middel van die toestel te vloei vrylik, nie net in die vorm van 'n elektronstraal.

behuising

X-straalbuis apparaat so dat, bykomend tot die hok en ondersteuning van ander komponente, dit dien as 'n skild liggaam en absorbeer die bestraling, behalwe vir die nuttige balk wat deur die venster. Sy relatief groot eksterne oppervlak verdryf die meeste van die hitte wat gegenereer word in die toestel. Die ruimte tussen die dop en die insetsel is gevul met olie wat isolasie en koel dit bied.

ketting

Die elektriese stroombaan verbind die telefoon aan 'n kragbron, wat 'n kragopwekker genoem word. Bron word aangedryf van die netwerk en vat die wisselstroom na gelykstroom. Die kragopwekker kan jy ook 'n paar parameters van die ketting te pas:

• KV - spanning of elektriese potensiaal;
• MA - stroom wat deur die buis vloei;
• S - duur of blootstelling tyd, in breuke van 'n sekonde.

Die kring bied die beweging van elektrone. Hulle word aangekla van energie, wat deur die kragopwekker, en gee dit aan die anode. As hul beweging plaasvind twee transformasies:

• elektriese potensiële energie omgeskakel word na kinetiese energie;
• kinetiese, op sy beurt, is omskep in 'n X-straal bestraling en hitte.

potensiaal

Wanneer die elektrone kom in die fles, hulle besit potensiële elektriese energie, wat bepaal word deur die bedrag van KV spanning tussen die anode en die katode. Die X-straalbuis is wat uitgevoer word op 'n spanning om 1 KV wat elke deeltjie 1 keV moet genereer. Deur die aanpassing van die KV, die operateur gee elke elektron is 'n sekere bedrag van energie.

kinetika

Lae druk in 'n ontruim x-straalbuis (by 15 ° C is dit 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. V.) Laat die deeltjies onder die optrede van emissie en termioniese elektriese krag afkomstig van die katode na die anode. Hierdie krag versnel hulle, wat lei tot verhoogde spoed en kinetiese energie en potensiële dalende. Wanneer 'n deeltjie beland op die anode, is sy potensiaal verloor, en al sy energie word omgeskakel na kinetiese energie. 100-keV elektron bereik 'n spoed van meer as die helfte van die lig spoed. Opvallend die oppervlak van die deeltjie stadiger baie vinnig en verloor hul kinetiese energie. Sy draai om X-strale of hitte.

Elektrone in aanraking kom met die individuele atome van die anode materiaal. Bestraling wat deur hul interaksie met orbitale (X-straal fotone), en met 'n kern (bremsstrahlung).

bindingsenergie

Elke elektron in 'n atoom het 'n sekere bindende energie, wat afhanklik is van die grootte van die laasgenoemde en die vlak waarop die deeltjie geleë is. Die bindingsenergie speel 'n belangrike rol in die opwekking van die kenmerkende X-strale en is nodig om 'n elektron uit 'n atoom te verwyder.

bremsstrahlung

Bremsstrahlung produseer die grootste aantal fotone. Die elektrone deur te dring in die anode materiaal en uitbreiding naby aan die kern, gedeflekteer en vertraag gravitasiekrag atoom. Hul energie verloor tydens hierdie vergadering verskyn in die vorm van X-straal-foton.

reeks

Slegs 'n paar fotone het 'n energie naby aan die elektron energie. Die meerderheid van hulle is dit laer. Neem aan dat daar 'n spasie of in die veld rondom die kern waarin die elektrone ervaring krag "inhibisie." Hierdie veld kan verdeel word in sones. Dit gee 'n uitsig oor die veld kern van die teiken atoom in die sentrum. Elektroniese oral val in die teiken is vertraag en genereer 'n X-straal-foton. Deeltjies wat die naaste aan die middel val, is die meeste blootgestel en dus verloor die meeste energie, die vervaardiging van 'n baie hoë-energie fotone. Elektrone aangaan van die buitenste sone ervaar 'n swak interaksie en genereer fotone van laer energie. Hoewel die gebied het dieselfde breedte, dat hulle 'n ander gebied, afhangende van die afstand vanaf die kern. Sedert die aantal deeltjies voorval op die gebied, is afhanklik van die totale oppervlakte, is dit duidelik dat die eksterne omgewing te vang meer elektrone en veroorsaak meer fotone. energie X-straal-spektrum kan voorspel deur hierdie model.

E _maksimum fotone belangrikste bremsstrahlung spektrum wat ooreenstem met E _maksimum elektrone. Onder hierdie punt, met dalende foton energie verhoog hulle getal.

'N Beduidende aantal fotone van lae energie geabsorbeer of gefiltreer, as hulle probeer deur die oppervlak van die anode buis of boks filter om te slaag. Filter is gewoonlik afhanklik van die samestelling en dikte van die materiaal waardeur die balk gaan, en dit bepaal die finale vorm van die lae-energie spektrum kurwe.

invloed KV

Die hoë-energie deel van die spektrum bepaal die spanning x-straal buise in kV (kilovolt). Dit is omdat dit die energie van elektrone bereiking van die anode bepaal, en fotone kan nie die potensiaal het groter as dit. Onder enige spanning loop X-straalbuis? Die maksimum foton energie ooreenstem met die maksimum toegepas potensiaal. Hierdie spanning kan wissel gedurende blootstelling as gevolg van die wisselstroom netwerk. In hierdie geval, E _maksimum piek spanning bepaal deur foton ossillasie tydperk KV _p.

Verdere potensiaal kwanta, KV _p bepaal die hoeveelheid bestraling wat deur 'n gegewe aantal elektrone bereiking van die anode. Sedert die totale doeltreffendheid van bremsstrahlung bestraling verhoog deur die voorval elektron energie verhoog, wat bepaal word KV _p, beteken dit dat die KV _p invloed op die doeltreffendheid van die toestel.

Veranderende KV _p, gewoonlik verander die spektrum. Die totale oppervlakte onder die energie kurwe verteenwoordig die aantal fotone. Ongefiltreerde spektrum is 'n driehoek, en die bedrag van bestraling in verhouding tot die vierkante KV. In die teenwoordigheid van die filter verhoog ook KV toename penetrasie van fotone, wat die persentasie van die gefiltreerde bestraling verminder. Dit lei tot verhoogde opbrengs bestraling.

kenmerkende bestraling

Die tipe interaksie wat die kenmerkende bestraling genereer bestaan 'n hoë-spoed botsing met orbitaal elektrone. Interaksie kan slegs plaasvind wanneer 'n deel E van _die deeltjie groter as die bindingsenergie van 'n atoom. Wanneer hierdie toestand voldoen word, en daar is 'n botsing, die elektron is uitgeslaan. Dit laat oop posisie, gevul deur die deeltjie 'n hoër energie vlak. Soos ons beweeg die elektron gee energie wat uitgestraal word in die vorm van X-straal-foton. Dit staan bekend as die kenmerkende bestraling, sedert E is die foton kenmerkende chemiese element waaruit die anode is gemaak. Byvoorbeeld, wanneer 'n elektron klop K wolfram laag _verband met E = 69,5 keV, die vakature gevul met 'n elektron uit die L-vlak _kommunikasie met E = 10,2 keV. Kenmerkende X-straal-foton het energie gelyk aan die verskil tussen die twee vlakke, of 59,3 keV.

Trouens, die anode materiaal lei tot 'n aantal kenmerkende X-straal energie. Dit gebeur omdat elektrone by verskeie energievlakke (K, L, ens) kan klop bombardeer deeltjies en die vakatures gevul kan word met 'n verskeidenheid van energie vlakke. Terwyl die vakatures L-vlak genereer fotone en hul energie is te klein vir gebruik in diagnostiese beelding. Elke eienskap energie kry 'n aanwysing wat die baan dui, waarin 'n vakature, met 'n indeks wat 'n elektron bron vereis toon. alfa (α) dui op die indeks van die vulling van elektron vanaf L-vlak, en beta (β) dui op die vul vlak van M of N.

• Spektrum wolfram. Die kenmerkende bestraling van die metaal produseer 'n lineêre spektrum bestaan uit verskeie afsonderlike energie en gerem genereer deurlopende verspreiding. Die aantal fotone geskep deur elke eienskap energie, wat gekenmerk word in die sin dat die waarskynlikheid van die vulling van die vakature K-vlak hang af van die baan.
• Spektrum molibdeen. Anodes van hierdie metaal wat gebruik word vir mammografie, produseer twee voldoende intense kenmerkende X-straal energie: K-alfa op 17,9 keV en die K-beta by 19,5 keV. Die optimum reeks X-straal buise, wat dit moontlik maak om die beste balans tussen kontras en bereik bestraling dosis vir die gemiddelde bors grootte bereik by E _p = 20 keV. Maar Bremsstrahlung produseer meer energie. In mammografie toerusting vir die verwydering van ongewenste dele van die spektrum gebruik molibdeen filter. Die filter werk op die beginsel van «K-rand." Dit absorbeer bestraling in oormaat elektrone bindingsenergie by die K-vlak molibdeen atoom.
• Die spektrum van rodium. Rodium het atoomgetal 45 en molibdeen - 42. Daarom is die kenmerkende X-strale van 'n rodium anode sal 'n effens hoër energie as dié van molibdeen en meer indringende het. Dit word gebruik vir beelding digte borste.

Anodes met 'n dubbele oppervlaktes, molibdeen, rodium, in staat te stel die operateur om 'n verspreiding geskik vir borste van verskillende grootte en digtheid te kies.

Die effek op die spektrum KV

KV waarde grootliks beïnvloed die kenmerkende bestraling, dws. K. Dit sal nie geproduseer word as minder KV K-energie vlak elektrone. Wanneer KV hierdie drempelwaarde oorskry, die bedrag van bestraling is oor die algemeen eweredig aan die verskil en die drumpel KV buis KV.

Die energie spektrum van fotone van X-straal afkomstig van die toestel word bepaal deur verskeie faktore. As 'n reël, dit bestaan uit bremsstrahlung en die kenmerkende interaksie.

Die relatiewe samestelling van die spektrum is afhanklik van die anode materiaal, KV en filter. In 'n buis met 'n tungsten anode emissie eienskap is nie gevorm by KV <69,5 keV. By hoër waardes van HF gebruik in diagnostiese studies, kenmerkende bestraling verhoog die totale bestraling tot 25%. Die molibdeen toestelle kan dit 'n groot gedeelte van die totale opwekkingsvermoë bereik.

doeltreffendheid

Slegs 'n klein deel van die energie deur die elektrone afgelewer word omgeskakel na bestraling. Die belangrikste fraksie geabsorbeer en omskep in hitte. bestraling doeltreffendheid word gedefinieer as die fraksie van die totale uitgestraalde krag van die General Electric meegedeel anode. Die faktore wat die doeltreffendheid van die X-straalbuis bepaal toegepas spanning KV en atoomgetal Z Die benaderde verhouding van die volgende:

• Doeltreffendheid = KV x Z x 10 ^-6.

Die verhouding tussen doeltreffendheid en KV het 'n spesifieke effek op die praktiese gebruik van X-straal-toerusting. As gevolg van die hitte generasie van die buis het 'n beperking op die aantal elektriese krag wat hulle kan ontbind. Dit stel op die kapasiteit van die limiet toestel. Met 'n toenemende KV egter die hoeveelheid bestraling wat deur een van hitte aansienlik verhoog.

Die afhanklikheid van die doeltreffendheid van die X-straal-generasie op die samestelling van die anode is slegs van akademiese belang omdat die meeste toestelle gebruik wolfram. 'N uitsondering is molibdeen en rodium, gebruik in die mammogram. Doeltreffendheid van hierdie toestelle is aansienlik laer vir wolfram as gevolg van hulle laer atoomgetal.

effektiwiteit

Doeltreffendheid X-straalbuis word gedefinieer as die hoeveelheid bestraling millirentgenah afgelewer word by 'n punt in die middel van die nuttige balk op 'n afstand van 1 m vanaf die middelpunt plek vir elke 1 mas elektrone wat deur die toestel. Sy waarde verteenwoordig die vermoë van die toestel om die energie van die gelaaide deeltjies in die X-straal-bestraling te omskep. Dit laat jou toe om die blootstelling van die pasiënt, en die foto te bepaal. As doeltreffendheid, effektiwiteit van die toestel is afhanklik van verskeie faktore, insluitend KV, die spanning golf vorm, die anode materiaal en die graad van oppervlak skade aan die filter toestel en die tyd van gebruik.

KV-bestuur

Spanning KV X-straalbuis effektief beheer die uitset bestraling. As 'n reël, is dit aanvaar dat die opbrengs is eweredig aan die kwadraat van die KV. Verdubbeling blootstelling KV verhoog 4 keer.

golfvorm

Die golfvorm beskryf die wyse waarop KV wissel met tyd tydens die opwekking van bestraling as gevolg van die sikliese aard van krag. Gebruikte verskillende golfvorms. Die algemene beginsel is: hoe kleiner die verandering in die vorm KV, is die X-straal-bestraling doeltreffend geproduseer. Die moderne toerusting gebruik kragopwekkers met 'n relatief konstante KV.

X-straal buise: Vervaardigers

Oxford Instruments Maatskappy vervaardig verskillende toestelle, insluitend glas, krag tot 250 W, 4-80 kV potensiaal, die brandpunt spot 10 mikron en 'n wye verskeidenheid van anode materiaal, t. H. Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, PD, Rh, Ti, W.

Varian bied meer as 400 verskillende soorte mediese en industriële X-straal buise. Ander bekende produsente Dunlee, GA, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong et al.

In Rusland vervaardig X-straal buise "Svetlana-Roentgen". Naas die tradisionele toestelle met roterende en statiese anode maatskappy vervaardig toerusting van die koue katode lig stroom beheer. Voordele van die volgende toestelle:

• werk in 'n deurlopende en pols vorme;
• afwesigheid van traagheid;
• regulering van die intensiteit van die LED stroom;
• spektrum suiwerheid;
• die moontlikheid van X-straal-bestraling van wisselende intensiteit.