1、医学X射线影像设备-X线及其产生原理w.X线的本质线的本质; X线的特性；线的特性； X线与物质的相互作用线与物质的相互作用;X线的产生机理；线的产生机理；X线管结构与工作原理；线管结构与工作原理；w.w X射线的本质射线的本质-电磁波电磁波 波长波长 介于紫外线、介于紫外线、射线之间射线之间,波长范围波长范围 ： 0.01-100A ，医学应用波长为，医学应用波长为0.01-1A,其中用于其中用于成像的波长为成像的波长为0.1-1A,用于治疗的波长为用于治疗的波长为0.01-0.1A.w 由于X线光子能量大，能使物质电离，属于电离辐射。wX线同时具有波动性和微粒性。即波粒二象性。w.w X线
2、的波动性表现在具有干涉、衍射和偏振等波动特性；并以一定的波长和频率在空间传播；在真空中的传播速度与光速相同。X线的波长()频率()和波速(c)的关系为 =c/wX线的粒子性主要表现为，以光子形式在辐射和吸收时具有能量、质量和动量。 E=h E:光子能量 h：普郎克常数 m=E/c2w.w.X线的特性w 由于X线光子能量大，使它具有一系列特殊性质。医学上正是利用X线的这些个性实现X线成像或做治疗。 X线的特性w一 物理特性w穿透作用w电离作用w荧光作用w热作用w二化学作用w感光作用w着色作用w三 生物效应w.X线的穿透作用w X线波长很短，x线光子能量很大（x线能量E=h*v=hc/)具有很强的
3、穿透力，能穿透一般可见光不能穿透的各种不同密度的物质，穿透过程中受到一定程度的吸收即衰减。X线的穿透力与X线光子能量密切相关，光子能量愈大，穿透力也愈强；反之，其穿透力愈弱。另一方面，X线的穿透力还与被照体的密度和厚度相关，密度越大，对X线吸收越多，X线穿过的越少，X线穿透性是X线成像的基础。w.X线的电离作用w 物质受X线照射时，是核外电子脱离原子轨道，这种作用叫做电离。w 在固体和液体中电离后的正、负离子将很快复合，不易收集。但在气体中的电离电荷却很容易收集起来，利用电离电荷的多少来测定X线的照射量，多种X线测量仪器正是根据这个原理制成的。w 由于电离作用，使气体能够导电、某些物质可以发生
4、化学反应；在有机体内可以诱发各种生物效应。电离作用是X线损伤和治疗的基础。w.荧光作用w 有些物质如磷、铂氢化钡、硫锌化镉、钨酸钙等，受X线照射后，由于电离或激发使原子处于激发状态，在回到基态过程中，由价电子的能级跃迁而辐射出可见光或紫外线光谱，这种光谱就是荧光，而X线使物质发生荧光的作用叫做荧光作用。w 荧光强弱取决于X线的强弱。在X线成像设备中利用这种荧光作用制成了荧光屏、增感屏、影像增强器中的输入屏和输出屏等。w.热作用w 物质吸收的X线能量最终绝大部分转换为热量，使物体温度升高，这就是热作用。w.化学作用w（一）感光作用w当X线照射到胶片的溴化银上的时候，由于电离作用，使溴化银药膜起化
5、学变化，出现银粒沉淀，这就是X线的感光作用。银粒沉淀的多少，由胶片受X线照射量而定，再经化学显影，变成黑色的金属银，构成X线图像，未感光的溴化银则被定影液溶去。X线摄影就是利用这种X线化学感光作用，使组织影像出现在胶片上。w.化学作用w（二）着色作用w某些物质如铂氰化钡、铅玻璃、水晶等，经X线长期照射后，其结晶体脱水而改变颜色，这就叫着色作用。w.生物效应wX线对生物组织细胞具有破坏、瓦解的作用，称为X线的生物效应。w.X线与物质的相互作用w 诊断用X线领域内，X线与物质的相互作用形式主要为光电效应和康普顿效应。w （一）光电效应w （1）光电效应的定义：X线与物质相互作用时，X线光子的能量全
6、部给与了物质原子的壳层电子。原子中获得能量的电子摆脱原子核的束缚，成为自由电子。而X线光子则被物质的原子吸收。这一过程称为光电效应。w.w（2）光电效应的产物：光电效应，在摄影用X线能量范围内，是和物质作用的主要形式之一吗，它是以光子击脱原子的内层轨道电子而发生，光电效应有三个产物：特征放射、光电子（也叫负离子）和正离子（既缺少电子的原子）。w.光电效应w 光电效应产生的条件：光子能量与电子结合能必须接近相等才能产生光电效应。光电效应发生的几率与光子能量的三次方成反比，与被照物的原子序数的三次方成正比。w 光电效应在X线摄影中的实际意义:光电效应不产生有效的散射，对胶片不产生灰雾.光电效应可增
7、加影像的对比度。X线影像的对比，产生于不同组织的吸收差异，这种吸收差别愈大，则对比度愈高，因为光电效应的几率和原子序数的三次方成正比，所以光电效应可扩大不同元素所构成的组织的影像对比。w 在光电效应中，光子的能量全部被吸收，增加了受检者的辐射剂量。w.康普顿效应w 康普顿效应也称散射效应或康普顿散射。它是X线诊断能量范围内，X线与物质相互作用的另一种主要形式。当一个光子击脱外层轨道上的电子时，入射光子就会偏转以新的方向散射出去。光子的能量一部分作为反跳电子的动能，而绝大部分是作为光子散射，一个光子偏转以后，能保留多大能量由它的原始能量和偏转的角度来决定。偏转的角度愈大，能量的损失就愈多。w 散
8、射光子的方向是任意的，光子的能量愈大，它的偏转角度就愈小。 X线诊断能量范围内，散射光子仍保留大部分能量，只有很少的能量传给电子。w 在X线摄影中所遇到的散射线，几乎都是来自这种散射。w.产生条件w1.产生自由电子；产生自由电子；w2.使电子作定向的高速运动使电子作定向的高速运动;w3.在其运动的路径上设置一个障碍物使电在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。子突然减速或停止。w.产生原理 在医学X线成像设备中，X线是在高度真空的X线管中产生的。 在X线管中，高速运动的电子与物体碰撞时，电子的速度骤然降低，在这一过程中能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1左右）能量转变
9、为X射线，而绝大部分（99左右）能量转变成热能使物体温度升高。w. w 高速电子与靶原子相互作用存在以下四个物理过程。w.w 电离 原子外层价电子或内层电子在高速电子作用下完全脱离了原子轨道，使原子变成离子，这一过程称为电离。 高速电子的动能转化为以下三部分：一部分能量消耗在内、外层电子的脱出功，这部分能量见伴随着发射光学光谱（由外层电子轨道跃迁产生）和标识X射线（有内层电子轨道跃迁产生）以光能的形式释放出来；另一部分转化为二次电子（被击出的轨道电子）得动能；第三部分转化为出射电子的动能，出射电子以较低的能量，并改变方向射出，然后与其他原子或原子核发生作用w. 电离过程中向外发射的光谱有两种：
10、一种是由于外层价电子脱离原子轨道，离子结合自由电子变为处于激发态的原子，再回到基态过程中发射出可见光普，另一种发射光谱是由于内层电子脱离轨道，使原子处于激发状态，通过内层电子的跃迁而辐射标识射线。w.w. （二）激发 高速电子（或二次电子）撞击原子外层电子，由于作用较弱，不足以使其电离，仅将其推入高能级的空壳层，使原子处于激发状态，这种作用叫做激发。 入射电子的动能，一部分转化为方向改变、速度变小的出射电子的动能,另一部分是被原子吸收的激发能。处在激发态的原子将发射光学光谱。这部分光能最终导致固体分子热运动加快；温度上升，全部转化为热能。 w.（三）弹性散射 高速电子受原子核的作用而改变运动方
11、向但是能量不变，称为弹性散射。这种作用没有光谱辐射，也没有能量损失。由于阳极靶内，物质的密度很高，散射的距离很短，高速电子将很快在改变的方向上与其他原子或原子核相遇，发生新的作用。w. （四）轫致辐射 高速电子在原子核的电场作用下，速度突然变小时，它的一部分能量转变成电磁波发射出来， 这种情况叫做轫致辐射。w.w 在轫致辐射中，入射电子的能量一部分转化为辐射电磁波的能量hv,其波长在X线范围内，在医用X线中占有特别重要的地位；另一部分转化为出射电子的动能，出射电子的方向将发生改变。w 轫致辐射的特点：（1）轫致辐射是在核电场作用下的一种能量转化形式。（2）轫致辐射所产生的X线是一束波长不等的连
12、续光谱。w.w造成轫致辐射产生的X线是一束波长不等的连续光谱的原因（一）加在X线管两端的高压是脉动直流电压，使得到达阳极的各个高速电子的动能并不相同；（二）高速电子在进入核电场前通过电离或激发所失去的动能并不相同；（三）各个高速电子在原子核电场中被阻止的情形不一样，离核越近，受核电场组织作用越强，由动能转化为光能的部分能量越多，辐射X线的波长越短，反之波长就越长。w.w.w连续X线w1.连续谱线的最短波长w从强度分布曲线看出，每一种电压条件下连续谱线都有一个最短波长极限，且随电压的升高而变小。w.w中心波长w 对应一定KV值的连续X线谱的强度是随波长的变化而连续变化，除在短波长方向上有一个最短
13、波长极限外，每一条曲线都有一个强度最大值，在连续谱中最大强度所对应的波长叫中心波长。w.w位移规则w 由连续X线谱看出，随着管电压升高，各种波长的强度均相应地增加,同时，各曲线所对应的强度最大值和最小波长均向短波方向移动，即最短波长和中心波长随管电压升高而向短波移动，这种现象称为连续X线谱的位移规则。w连续X线的总强度wX线强度的定义：X线强度是垂直于X线束的单位面积上，在单位数间内通过的光子数和每个光子能量的乘积。w 经验公式 ： w I=k1IZVVw 式中 I为管电流；Z为靶面焦点材料原子序数；K1为常数。约等于1.1；w 此式说明，X线强度分别与靶物质的原子序数Z与X线管管电流I成正比
14、。这是由于原子序数越高，核电场作用越强，因而轫致辐射产生的X线强度也越大；而管电流越大，说明单位时间内撞击靶面的电子数目越多，故产生的X线强度也越大。（这两个因素只影响X线的量，而不影响X线的质。）w.w X线的总强度与管电压的平方成正比，但管电压的变化不仅影响X线的量，也影响X线的质。随着管电压升高，最短波长与中心波长均向短波方向移动，X线束中高能成分相对于低能成分增加要显著得多。w.342. 标识标识(特征特征)X线谱线谱特征谱线特点：特征谱线特点： 电压电压到一定值到一定值(同同 一材料一材料),出现线状谱出现线状谱 不同材料线状谱形状不同材料线状谱形状 和位置均不同和位置均不同(1).
15、 物理过程物理过程w.产生机理 w标识X射线谱的产生相理与阳极物质的原子内部结构紧密相关的。w标识（特征）X线是高能电子冲击把物质内层轨道电子而产生的。一个常态的原子处于最低能级状态，也就是说，它要永远保持其内层轨道电子是满员的。如果从钨原子移去一个电子，就会造成这个原子有剩余的正电荷，而成为正离子。原子恢复正常状态时，K层电子空位常由L层电子补充，这是因为L层电子的能量多。当电子从L层转换到K层时，将把多余的能量作为X线光子放出。这种放射就称为K特性放射。w.wL层电子的空位，可由M层电子补充，多余的能量的放出，又产生一个X线光子，称为L特性放射，但其能量要比K特性放射小得多。外层轨道电子的
16、跃迁也会产生特性放射，它的能量就会更小，多属于热波或被X线管壁吸收掉的长波X线。w.37钨靶原子的特征辐射示意图钨靶原子的特征辐射示意图原因：原因：原子中内层电子跃迁所产生原子中内层电子跃迁所产生. .需要指出：需要指出：在在X线产生中，线产生中，特征特征X线很少线很少部分部分诊断、治疗中诊断、治疗中，主要是连续主要是连续X线线。 w.w标识X线的特点w任何元素的特征X线的波长是固定不变的它只与靶原子的结构有关，不同的靶原子有不同波长的特征X线。w在医用诊断X线中，仅K系标识X线有用，其他各系如L、M、N各系。由于波长较长，能量低均被X线管壁和滤过层所吸收。w标识X线只有在一定管电压下才能出现
17、，w.标识X射线的强度特征 wK系标识X射线的强度与管电压、管电流的关系为：w当I标/I连最大，工作电压为K系激发电压的35倍时，连续谱造成的衍射背影最小。nkVViKI2标w.第一节：第一节： 固定阳极固定阳极X线管线管一、结构一、结构w（一）阳极（一）阳极:w 阳极的主要作用是阻挡高速运动的电子流而产生阳极的主要作用是阻挡高速运动的电子流而产生X线，同线，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和散乱射线 ，阳极由靶面、铜体、阳极罩和阳极柱四部分组成。，阳极由靶面、铜体、阳极罩和阳极柱四部分组成。w靶面靶面：接
18、受：接受高速运动的电子流轰击高速运动的电子流轰击，产生，产生X线（曝光）线（曝光） 靶面材靶面材料一般都选用钨（料一般都选用钨（Z=74），钨的特点），钨的特点:：熔点高（：熔点高（3370），蒸），蒸发率低，原子序数大，又有一定的机械强度，易于机械加工发率低，原子序数大，又有一定的机械强度，易于机械加工。钨的缺点是导热率小，受电子轰击后产生的热量不能很快地传钨的缺点是导热率小，受电子轰击后产生的热量不能很快地传导出去导出去w铜体：使用真空熔焊方法将靶面焊接在无氧铜体上，借助铜体铜体：使用真空熔焊方法将靶面焊接在无氧铜体上，借助铜体良好的散热性能提高靶面散热能力。良好的散热性能提高靶面散热能力
19、。w.w.w阳极罩阳极罩 ：由无氧铜制成，装在靶外面，它的作用是：由无氧铜制成，装在靶外面，它的作用是吸吸收二次电子，并吸收部分散乱收二次电子，并吸收部分散乱X线。线。 w 结构：头部圆口面对阴极，是高速运动的电子流轰结构：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，是击靶面的通道；侧下部圆口向外，是X线的辐射通道，线的辐射通道， w二次电子二次电子:高速运动的电子流轰击靶面时，会有少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的电子从靶面反射和释放出来，这部分电子称为二次电子子 .w危害：其能量较大（约为原来的危害：其能量较大
20、（约为原来的99%），轰击到玻），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；内真空度或使玻璃壳击穿；w 二次电子再次被阳极吸引轰击到靶面上时，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由于没有经过聚焦，将辐射出非焦点散射X线，使线，使X线线影像质量降低；影像质量降低；w 二次电子还会附着在玻璃壁上，造成整个管壁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。电位分布极不均匀，产生纵向应力，易致玻璃壁损坏。w阳极柱阳极柱 ：由紫铜制成，将铜
21、体引出管外，通过与油之：由紫铜制成，将铜体引出管外，通过与油之间的热传导将热量传导出去。间的热传导将热量传导出去。w.w.w（二）阴极（二）阴极：w 阴极阴极由灯丝和集射罩组成，其作用是发射电子与对电子聚由灯丝和集射罩组成，其作用是发射电子与对电子聚焦。焦。 w 1灯丝灯丝 ：由钨制成，绕成螺管状，作用是：由钨制成，绕成螺管状，作用是发射电子发射电子。灯丝通。灯丝通电后，温度将逐渐上升，至一定温度后开始发射电子。接到灯丝电后，温度将逐渐上升，至一定温度后开始发射电子。接到灯丝两端的电压一般为交流两端的电压一般为交流510V、50Hz，灯丝电流一般为，灯丝电流一般为29A，36A的占多数。调节灯
22、丝的加热电压即可改变灯丝发射的电子的占多数。调节灯丝的加热电压即可改变灯丝发射的电子数量；灯丝温度与发射电子的数量关系是呈指数的非线性关系数量；灯丝温度与发射电子的数量关系是呈指数的非线性关系 w 灯丝点燃时间越长，工作温度越高，钨的蒸发越快，灯丝寿命灯丝点燃时间越长，工作温度越高，钨的蒸发越快，灯丝寿命越短。越短。w 2集射罩集射罩（聚焦罩）：聚焦罩）：由镍或铁镍合金制成，其作用是对灯丝由镍或铁镍合金制成，其作用是对灯丝发射的电子进行聚焦。当灯丝发射大量电子后接通管电压时在电发射的电子进行聚焦。当灯丝发射大量电子后接通管电压时在电场作用下电子将以高速飞向阳极。但由于电子之间相互排斥致使场作用
23、下电子将以高速飞向阳极。但由于电子之间相互排斥致使电子呈散射状，特别是在管电压较低时散射更显著。为使电子集电子呈散射状，特别是在管电压较低时散射更显著。为使电子集中成束状飞向阳极，中成束状飞向阳极， 将灯丝装入集射罩内，集射罩与灯丝一端将灯丝装入集射罩内，集射罩与灯丝一端相接，从而获得与灯丝相同的负电位，并借助其几何形状，迫使相接，从而获得与灯丝相同的负电位，并借助其几何形状，迫使电子成束状飞向阳极，达到聚焦的目的。电子成束状飞向阳极，达到聚焦的目的。w w w.w.w.3 3、X X射线管的阴极射线管的阴极产生电子产生电子类型：圆焦点型类型：圆焦点型 线焦点型线焦点型1 1）结构与类型）结构
24、与类型结构：灯丝、聚焦杯结构：灯丝、聚焦杯w.w（三）玻璃壳：（三）玻璃壳：w 多采用耐高温、绝缘强度高多采用耐高温、绝缘强度高 、膨胀系数、膨胀系数小的钼玻璃制成，它的作用是支撑阴阳两极小的钼玻璃制成，它的作用是支撑阴阳两极和保持管内真空度。真空度和保持管内真空度。真空度 w 为防止为防止X线管管内气体放电，保证阴极线管管内气体放电，保证阴极发射的电子能畅通无阻挡地高速飞向阳极，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管内的真空度应保持在133.310-7Pa(10-7mmHg)以下以下 。w.w二、二、X线管的焦点线管的焦点w （一）实际焦点（一）实际焦点w 阳极靶面上电
25、子撞击的面积称为实际焦点。即阳极靶面上电子撞击的面积称为实际焦点。即灯丝发射的电子经聚灯丝发射的电子经聚焦后在靶面上的瞬间轰击面积。焦后在靶面上的瞬间轰击面积。实际焦点的宽度实际焦点的宽度取决于取决于聚焦罩的形状、宽度和深度 w （二）有效焦点（二）有效焦点w 实际实际焦点在焦点在X线投照方向上的投影称为有效焦点或目视焦点，设靶线投照方向上的投影称为有效焦点或目视焦点，设靶面与投射方向夹角为面与投射方向夹角为Q，实际焦点的长度为，实际焦点的长度为b,宽度为宽度为a,那么在那么在Q方向上投方向上投影后，其宽度不变，而长度变为影后，其宽度不变，而长度变为bsinQ,因此有效焦点为因此有效焦点为ab
26、sinQ.显然有显然有效焦点与效焦点与X线投照方向有关，愈近阳极端，线投照方向有关，愈近阳极端，Q角愈小，有效焦点愈小，这角愈小，有效焦点愈小，这就是有效焦点的方位特性。就是有效焦点的方位特性。w 当投照方向与当投照方向与X线管轴相垂直时，这时的线管轴相垂直时，这时的Q角称为靶角或阳极倾角。角称为靶角或阳极倾角。实际焦点在与实际焦点在与X线管轴相垂直方向上的投影称为标称有效焦点（简称标线管轴相垂直方向上的投影称为标称有效焦点（简称标称焦点）。称焦点）。w sinsinsinsinw.w.w.w（四）焦点的方位性（四）焦点的方位性w.w 阻碍影像清晰度提高的主要原因是运动模糊和几何模糊。克服运动
27、模糊需要缩短曝光时间，但为了有足够的能量成像就需要增加X线管的功率，就需要增大焦点尺寸；产生几何模糊是因为非点光源的问题，克服几何模糊需要减小焦点尺寸。对于固定阳极X线管来说二者是相互矛盾的。因为阳极焦点面受温度的影响，限制了其功率，要提高功率就必须增大焦点面积，这又使影像的几何模糊度增加，二者不能兼顾。w 为了解决这一矛盾，满足医学成像要求，1927年人们制造出旋转阳极X线管。w. 有效焦点与成像质量有效焦点与成像质量w 有效焦点尺寸越小，影像清晰度就越高 w 减小有效焦点，势必减小实际焦点，X线管的功率随之减小，曝光时间需增加，这将会引起运动模糊。w.第二节第二节 旋转阳极旋转阳极X线管线
28、管w （一）特点（一）特点w 旋转阳极旋转阳极X线管能够较好地解决克服运动模糊与几何模糊这一矛盾线管能够较好地解决克服运动模糊与几何模糊这一矛盾,也就也就是说它有较大的实际焦点与较小的有效焦点。在短时间（是说它有较大的实际焦点与较小的有效焦点。在短时间（0.1秒）运用时他可秒）运用时他可以在同样大小的有效焦点之下以在同样大小的有效焦点之下 将负载增大到几倍之多。w （二）结构：由阳极、阴极和玻璃壳三部分组成（二）结构：由阳极、阴极和玻璃壳三部分组成 w 1阳极阳极 ：主要由靶面、转子、：主要由靶面、转子、转轴转轴、轴承轴承和定子和定子 w 靶面：靶面具有靶面：靶面具有6-18之间的倾斜角之间的
29、倾斜角，由铼钨合制造，镶在一个直径由铼钨合制造，镶在一个直径为为70150mm之间的由钼或石墨制成基体圆盘上，其中心铆接在钼制细杆上，之间的由钼或石墨制成基体圆盘上，其中心铆接在钼制细杆上，钼杆的另一端与转子相连，要求有良好的运动平衡性。靶面镶在钼或石墨基钼杆的另一端与转子相连，要求有良好的运动平衡性。靶面镶在钼或石墨基体上，这种结构有以下优点（体上，这种结构有以下优点（1）铼钨合金靶面的晶粒较细，抗热胀性能好，）铼钨合金靶面的晶粒较细，抗热胀性能好，再结晶温度高，使靶面在高温下不易龟裂；（再结晶温度高，使靶面在高温下不易龟裂；（2）X线辐射率下降较慢；（线辐射率下降较慢；（3）木和石墨的比重
30、较小，而比热较大，这种复合靶的重量增加不多，但热容量木和石墨的比重较小，而比热较大，这种复合靶的重量增加不多，但热容量却大大增加了。却大大增加了。w定子组件装在管壁外面，与壁内的转子构成异步电动机。定子组件装在管壁外面，与壁内的转子构成异步电动机。w w w. 转子转子 ： 它由无氧铜制成，通过钼杆与靶盘它由无氧铜制成，通过钼杆与靶盘和靶面连为一体，转子转动时，靶盘和靶面随之和靶面连为一体，转子转动时，靶盘和靶面随之转动。其表面黑化，热辐射能力较强。转动。其表面黑化，热辐射能力较强。 旋转阳极旋转阳极X X线管的启动电机与小型单相异步线管的启动电机与小型单相异步电机的结构和原理相似，只是转子装
31、在电机的结构和原理相似，只是转子装在X X线管的线管的玻璃壳内，而定子线圈装在玻璃壳内，而定子线圈装在X X线管玻璃壳的外面。线管玻璃壳的外面。转轴装入由无氧铜或纯铁制成的轴承套中，两端转轴装入由无氧铜或纯铁制成的轴承套中，两端各装一只轴承。各装一只轴承。 阳极转速越高，单位时间内承受高速运动的阳极转速越高，单位时间内承受高速运动的电子流轰击的圆环面积越大，电子流轰击的圆环面积越大，X X线管的功率就越线管的功率就越大，当然，转速的提高须考虑转子的运动平衡、大，当然，转速的提高须考虑转子的运动平衡、轴承等因素。轴承等因素。w(三）阴极与外壳三）阴极与外壳w 旋转阳极旋转阳极X线管的阴极与外壳的
32、结构与固定阳极线管的阴极与外壳的结构与固定阳极X线线管基本相同。管基本相同。w.w厚重的阳极圆盘牢装在轴承中旋转的轴上，在同一轴上还装有一个铜质圆柱，作为感应电子动的转子，电动机的定子则套在X射线管玻壳的外面，流经定子绕组的电流建立起一个旋转磁场，带动转子转动，也就带动了阳极旋转，管子的阴极装有卷成螺旋管状的钨灯丝，其位置偏离管子中心轴线。因此，在阳极旋转时实际焦点沿着它的表面旋转着，其轨迹为一圆环，这就使得所产生的热量分布在一个连续运动着的环状面上。焦点上单位面积所承受的热量变小，就明显提高了X射线管的功率，虽然实际焦点面积较大，但有效焦点却很小，提高了X射线影像的清晰度。旋转阳极的实际焦点
33、与有效焦点如图所示。w.旋转阳极旋转阳极阴极阴极有效有效焦点焦点实际实际焦焦点点w. w.阴极阴极灯丝灯丝阳极靶阳极靶X光光转子转子定子定子旋转阳极旋转阳极X线球管的结构w.w.w. 转子的转速由下式决定：转子的转速由下式决定： 式中式中n n为转速，为定子中电源频率，为转速，为定子中电源频率，p p为定子的为定子的极数，一般等于极数，一般等于2 2。由于存在转差率，转子转速约。由于存在转差率，转子转速约落后于磁场转速的落后于磁场转速的1010左右。所以，对中速管左右。所以，对中速管(50Hz)(50Hz)，转速，转速27002700转转/min/min ；对高速管；对高速管(150Hz)(1
34、50Hz)，实，实际转速际转速85008500转转/min/min左右。若电源频率提高到左右。若电源频率提高到300Hz300Hz，实际转速可达实际转速可达1500015000转转/min/min。旋转阳极转速达到额。旋转阳极转速达到额定值时定值时( (需要需要0.80.81.6s)1.6s)才接通负载，产生才接通负载，产生X X线。线。120( /min)fnrPw. 转速越高，转速越高，X X线管的功率越大。它们之间的关线管的功率越大。它们之间的关系如下：系如下： 式中式中P P为功率，为功率，K K为常数，为常数，n n为转速，为转速，d d为焦点轨为焦点轨道直径。可见功率与转速和靶面直
35、径的平方根成正道直径。可见功率与转速和靶面直径的平方根成正比。当速度增加到比。当速度增加到2 2倍时，允许功率增加到倍时，允许功率增加到1 14 4倍倍左右。靶盘直径越大，热容量越大，散热速度也越左右。靶盘直径越大，热容量越大，散热速度也越快，快，X X线管的功率也增大。线管的功率也增大。PK ndw. 旋转阳极旋转阳极X X线管的功率是基于阳极转速达到额定值时线管的功率是基于阳极转速达到额定值时的功率，如果在阳极转速尚未达到额定值时曝光，将会的功率，如果在阳极转速尚未达到额定值时曝光，将会造成造成X X线管的靶面熔化损坏。因此，使用旋转阳极线管的靶面熔化损坏。因此，使用旋转阳极X X线管线管
36、的的X X线机均设有线机均设有旋转阳极启动、延时、保护电路旋转阳极启动、延时、保护电路。 曝光结束、启动电机断电后，转子因惯性将有较长曝光结束、启动电机断电后，转子因惯性将有较长的的静转时间静转时间( (从切断启动电机定子电源开始到转子停止转从切断启动电机定子电源开始到转子停止转动所用的时间动所用的时间) )，静转时间一般为数分钟至几十分钟，静，静转时间一般为数分钟至几十分钟，静转是无用的空转，制造噪声且磨损轴承，因此有必要在转是无用的空转，制造噪声且磨损轴承，因此有必要在曝光结束后即对旋转阳极进行制动，这样可减少噪声，曝光结束后即对旋转阳极进行制动，这样可减少噪声，延长轴承的寿命，进而延长延
37、长轴承的寿命，进而延长X X线管的寿命。对高速旋转阳线管的寿命。对高速旋转阳极极X X线管来讲，制动可使旋转阳极迅速越过临界转速线管来讲，制动可使旋转阳极迅速越过临界转速( (引引起共振的临界转速为起共振的临界转速为500050007000r7000rmin)min)，避免，避免X X线管损线管损坏。对于低速旋转阳极坏。对于低速旋转阳极X X线管，如果转子的静转时间低于线管，如果转子的静转时间低于30s30s，就说明轴承已明显磨损。，就说明轴承已明显磨损。w.w. 3 3、轴承与轴承的润滑、轴承与轴承的润滑 轴承由耐热合金钢制成，轴承由耐热合金钢制成，可以承受较高的工作温度可以承受较高的工作温
38、度( (约约400400左右左右) )。为避免过多。为避免过多的热量传导到轴承，把阳极端的转轴外径做得较细或用的热量传导到轴承，把阳极端的转轴外径做得较细或用管状钼杆，减少热传导，少量由阳极靶面传导过来的热管状钼杆，减少热传导，少量由阳极靶面传导过来的热量则大部分通过转子表面辐射出去。可见，旋转阳极量则大部分通过转子表面辐射出去。可见，旋转阳极X X线管与固定阳极线管与固定阳极X X线管的散热方式不同，靶面受高速运线管的散热方式不同，靶面受高速运动的电子流轰击所产生的巨大热量主要依靠热辐射进行动的电子流轰击所产生的巨大热量主要依靠热辐射进行散热，散热效率低，连续负荷后阳极热量急剧增加，靶散热，
39、散热效率低，连续负荷后阳极热量急剧增加，靶盘温度不断上升，为防止由此造成的盘温度不断上升，为防止由此造成的X X线管损坏，先进线管损坏，先进X X线机的线机的X X线管装置内设有温度限制保护装置，对线管装置内设有温度限制保护装置，对X X线管给线管给予相应的保护。予相应的保护。 轴承的润滑剂都采用固体润滑材料，如二硫化钼、轴承的润滑剂都采用固体润滑材料，如二硫化钼、银、铅等。选用不同的润滑材料，转子的静转时间亦有银、铅等。选用不同的润滑材料，转子的静转时间亦有不同。不同。w. 散热方式散热方式 固定阳极管的散热方式主要是固定阳极管的散热方式主要是热传导热传导，旋转阳极管，旋转阳极管的散热方式主
40、要是的散热方式主要是热辐射热辐射。轴承的工作温度不能越过。轴承的工作温度不能越过460460。为了避免过多的热量传导到轴承，靶面与转子。为了避免过多的热量传导到轴承，靶面与转子之间的连接采用外径较细的管状钼杆。为了增大转子的之间的连接采用外径较细的管状钼杆。为了增大转子的热辐射，一般把转子表面黑化。热辐射，一般把转子表面黑化。 尽管如此，轴承的工作温度仍达到尽管如此，轴承的工作温度仍达到400400左右，所左右，所以轴承材料要采用耐热合金钢，如高速工具钢。以轴承材料要采用耐热合金钢，如高速工具钢。 由于热辐射的散热速度较慢，在使用旋转阳极由于热辐射的散热速度较慢，在使用旋转阳极X X线线管时，
41、在两次曝光之间必须要有充分的间歇时间，以防管时，在两次曝光之间必须要有充分的间歇时间，以防热容量过载而损坏管子。热容量过载而损坏管子。w.w X线管中的三个电量w 管电压：指加于X线管阴阳极之间的电压峰值，单位为千伏（KV)w 管电流：指曝光时间内由阳极流向阴极的电流（由曝光时间内阴极飞向阳极的电子构成），单位是毫安（MA).w 灯丝加热电压（电流）：指加于X线管阴极灯丝两端的电压，单位是伏特（V)（流过灯丝的电流，单位是安培（A).w w. w X线管的特性与参数线管的特性与参数 w 特性特性w （一）阳极特性曲线（一）阳极特性曲线w 阳极特性曲线（阳极特性曲线（IaUa）是在一定的灯丝加热
42、电流下，管电）是在一定的灯丝加热电流下，管电压（压（Ua）与管电流（）与管电流（Ia）之间的关系）之间的关系w w 灯丝前端发射出来的电子，它们在静电场作用下飞往阳极，灯丝前端发射出来的电子，它们在静电场作用下飞往阳极，这部分电子的运动不受阻力；这部分电子的运动不受阻力；w 灯丝侧面发射出来的电子，这部分电子的运动特点是在空间灯丝侧面发射出来的电子，这部分电子的运动特点是在空间发生交叉后飞向阳极，因此它们的运动要受到一定的阻力；发生交叉后飞向阳极，因此它们的运动要受到一定的阻力；w 灯丝后端发射出来的电子，由于电子之间相互排斥和灯丝灯丝后端发射出来的电子，由于电子之间相互排斥和灯丝的屏蔽作用，
43、致使电场作用力很微弱，因此这部分电子滞留在灯的屏蔽作用，致使电场作用力很微弱，因此这部分电子滞留在灯丝后面的空间，形成丝后面的空间，形成“空间电荷空间电荷”，空间电荷只能随着管电压的，空间电荷只能随着管电压的升高而逐渐飞向阳极。升高而逐渐飞向阳极。w.w.w 灯丝发射特性曲线灯丝发射特性曲线w 灯丝发射特性曲线（灯丝发射特性曲线（IaIf）是在一定的）是在一定的管电压下，管电流（管电压下，管电流（Ia）与灯丝加热电流（）与灯丝加热电流（If）的关系的关系 w 补偿的原则是：当管电压变高时，适当减补偿的原则是：当管电压变高时，适当减小灯丝加热电流，以使管电流不随管电压的变小灯丝加热电流，以使管电
44、流不随管电压的变化而变化。反之，当管电压变低时，则适当增化而变化。反之，当管电压变低时，则适当增加灯丝加热电流。加灯丝加热电流。w.w.w.w w X线管的负载特性曲线：是X线管允许的阳极负载（耗散）功率与曝光时间的关系曲线。w 负载特性曲线分四部分：w ：用于单次摄影。曝光时间很短（0.1秒）。阳极耗散功率变成焦点的温升。这段时间内阳极耗散功率P不变，在这一段时间内允许的功率是最大的，可达额定功率。 w ：用于单次摄影。曝光时间较长（几秒）。允许耗散功率P与t成反比，焦点上的热量向靶盘内传递。w :用于重复摄影。工作时间较长（10秒），焦点上的热量向全阳极靶盘传递。使整个阳极靶盘温度升高，这
45、一段内允许的阳极耗散功率由阳极靶盘的热容量决定，所以允许的耗散功率与时间t成反比。w ：用于长时间曝光如透视。曝光时间可无限延长（几十秒至几分钟）。这是耗散的功率变成热能经阳极靶盘辐射到玻璃壳外，再由管套内的油传到导管套上，向空气中发散，这时的功率P恒定，但此时允许耗散功率很小。w 如标称50KW的X线管。在区内只允许耗散0.3KW.w.w.wX线管的容量w容量的计算w P=1/1000(UI)w 式中P为功率（kW)，U为管电压有效值（kV),I为管电流有效值（mA).在不同整流方式中，管电压和管电流的波形不同，其管电压峰值 与有效值、管电流平均值与有效值均不相同，有一定的换算关系。w代表容
46、量w 对某X线管在一定整流方式和曝光时间条件下的最大容量称为代表容量（或称标称容量）。对固定阳极X线管的代表容量是指在单相全波整流电路中，曝光时间为1秒时所能承受的最大功率。w 旋转阳极X线管的代表容量是在三相六管全波整流电路中，曝光时间为0.1秒时所能承受的最大功率。w.选择题wX线管内高速电子得动能取决于wA X线管灯丝加热电压 B 两极间得管电压wC 靶物质的原子序数 D 管电流 w关于X线产生条件的叙述，错误的是wA 电子源 B 高速电子流 C阻碍电子流的靶面 D 高速电子与靶面物质相互作用的结果 wE X线管的靶面均由钼制成w产生X线必备条件中，电子源来于wA 靶物质 B 阳极面 C
47、 高电压 D 阴极罩 E 灯丝的加热wX线的产生利用了靶物质的三个特性是（选三项）wA 轨道电子结合能 B靶物质的面积 C核电场 D靶物质的热传递效应 E原子存在于最低能级的需要w.w关于连续X线的叙述，错误的是wA X线光子的能量决定于电子的能量 B电压越高，产生的X线补充越短 C X射线谱是连续能谱 D 70KVp以下不产生连续X线w.单项选择题单项选择题 关于X线的质，说法不正确的是：（ ）wA、代表X线穿透力 B、与X线波长成正比 wC、与靶物质原子序数有关 D、与管电压呈正比 w w关于固定阳极X线球管，说法有误的是：（ ）wA、X线管的靶面热量主要通过热传导散热 B、焦点尺寸大，负
48、载功率有限wC、结构简单、价格便宜 D、由于阳极固定，使用寿命较长w.3、旋转阳极X线管的阳极旋转的目的是：（ ）A、提高X线产生质 B、增大X线产生的量 C、使单位面积阳极靶面受热减小，从而增大球管的功率，减小焦点4、关于实际焦点与有效焦点，下列说法不正确的是：（ ）A、实际焦点指灯丝发射电子聚焦后轰击在阳极靶面上的面积B、实际焦点一定的情况下，减小靶角可以减小有效焦点C、有效焦点指实际焦点在X线管长轴方向的投影D、有效焦点越小得到的影像越清晰w旋转阳极X线管的阳极旋转的目的是：（ ）wA、提高X线产生质 B、增大X线产生的量 wC、使单位面积阳极靶面受热减小，从而增大球管的功率，减小焦点w
49、关于实际焦点与有效焦点，下列说法不正确的是：（ ）wA、实际焦点指灯丝发射电子聚焦后轰击在阳极靶面上的面积wB、实际焦点一定的情况下，减小靶角可以减小有效焦点wC、有效焦点指实际焦点在X线管长轴方向的投影wD、有效焦点越小得到的影像越清晰w.w固定阳极X线管阳极头上罩有阳极帽，其作用是（ ）wA、平衡阳极重量 B、固定靶面 wC、散热 D、吸收二次电子及部分吸收散射线w旋转阳极X线管的阳极结构：（ ）wA、阳极头、转子 B、阳极头、阳极柄 wC、靶面、钼杆、转子 D、阳极帽、转子、钼杆w.w关于X线管阳极特性曲线，描述正确的是：（ ）wA、灯丝加热电流在某一恒定值下，管电流与管电压的关系wB、
50、管电流在某一恒定值下，灯丝加热电流与管电压的关系wC、管电压在某一恒定值下，灯丝加热电流与管电流的关系wD、灯丝加热电流在某一恒定值下，电源电压与管电压的关系w.w关于连续X线的波谱将随管电压升高变化的叙述，错误的是wA管电压升高时，最短波长向长波一侧移动；wB管电压升高时，强度曲线向短波一侧移动；wC管电压升高时，最强波长向短波一侧移动；wD管电压升高时，产生的X线总量将以管电压二次方比例增大。w.wX线中最短波长指的是wA电子接近原子核减速，丢失能量转换的X线光子wB电子与原子核碰撞，全部能量转换的X线光子wC电子与核外电子碰撞，丢失能量转换的X线光子wD电子击脱核内层电子，外层电子跃迁释
