Vzhľadom k tomu, röntgenové lampy pracujú?

Röntgenové lúče sú generované premenou energie elektrónov fotóny, ktorý sa vyskytuje v röntgenovej trubice. Množstvo (expozícia) a kvalitu (spektrum) žiarenie môže byť nastavená zmenou prúdu, napätia a čas prístroja.

princíp fungovania

Rentgenky (foto uvedené v článku), sú meniče energie. Sú to prijímať zo siete a previesť na iné formy - prenikajúceho žiarenia a tepla, je tento nežiaduci vedľajší produkt. X-ray zariadení trubice tak, že sa maximalizuje produkciu fotónov a odvádza teplo tak rýchlo, ako je to možné.

Trubica je pomerne jednoduché zariadenie, ktorý spravidla obsahuje dva základné prvky - katódu a anódu. Keď prúd tečie od katódy k anóde, že elektróny strácajú energiu, čo vedie k vzniku röntgenového žiarenia.

anóda

Anóda je zložka, pričom emisie vysokoenergetických fotónov produkovaný. Ide o pomerne masívny kovový prvok, ktorý je spojený s kladným pólom elektrického obvodu. Má dve hlavné funkcie:

• Prevádza energie elektrónov do röntgenového žiarenia,
• To odvádza teplo.

Materiál pre anódu je zvolená tak, aby posilnenie týchto funkcií.

V ideálnom prípade, väčšina z elektrónov by mala tvoriť vysoko energetické fotóny, skôr než teplo. Pomer celkovej energie, ktorá sa prevedie do X-žiarenie (COP) je závislá na dvoch faktoroch:

• atómové číslo (Z) materiálu anódy,
• energie elektrónov.

Vo väčšine röntgenových trubíc ako materiál anódy použiť volfrám, ktorého atómové číslo je rovné 74. Navyše k veľkému Z, tento kov má niektoré ďalšie vlastnosti, ktoré ho robia vhodným pre tento účel. Volfrám je jedinečný v jeho schopnosti udržať silu pri zahriatí, má vysokú teplotu topenia a nízku mieru odparovania.

Po mnoho rokov, anóda je vyrobená z čistého volfrámu. V posledných rokoch sme začali používať tento kovovú zliatinu s rénium, ale len na povrchu. Vlastné anóda pod volfrámu rénium plášťom z ľahkého materiálu, dobrú tepelnú-skladovanie. Dve takéto látky sú molybdén a grafit.

Röntgenová trubica používa mamografie, je vyrobená s anódou, potiahnuté molybdénu. Tento materiál má strednú atómové číslo (Z = 42), ktorý generuje fotóny s charakteristickou energiu, vhodné pre záznam hrudníka. Niektoré mamografia zariadenia majú tiež druhú anódu, tvorenú z ródia (Z = 45). To umožňuje zvýšiť energiu a dosiahnutie väčšieho prieniku pre husté prsia.

Použitie volfrámu, rénia zliatiny zlepšuje dlhodobú žiarenia výstup - so zariadeniami účinnosti čas s anódou z čistého volfrámu je znížená v dôsledku tepelnej poškodeniu povrchu.

Väčšina z anódy má tvar kužeľových kotúčov a pevne na hriadeli motora, ktorý je so otáča pri relatívne vysokých rýchlostiach v čase emisie röntgenového žiarenia. Účelom otáčania - odvádzanie tepla.

ohnisko

Röntgenový generácie časť nie celý anóda. Vyskytuje sa v malej oblasti svojho povrchu - ohnisko. Rozmery poslednej určuje veľkosť elektrónového zväzku prichádzajúceho od katódy. Vo väčšine z nich má obdĺžnikový tvar sa mení v zariadení 0,1-2 mm.

Konštrukcia Rúrka x-ray s určitou veľkosťou ohniska. Čím menšie je, tým menej rozmazaniu a vyššiu ostrosť, a čo viac, je lepší rozptyl tepla.

Ohnisková veľkosť bodu je faktorom, ktorý treba vziať do úvahy pri výbere röntgenové trubice. Výrobcovia vyrábajú zariadenia s malým ohniskom, ak je to potrebné na dosiahnutie vysokého rozlíšenia a dosť malé žiarenia. Napríklad je nutné pri štúdiu malých a jemných častí tela, ako v mamografiu.

Röntgenová trubica predovšetkým výrobe kontaktných miest s dvoch veľkostiach - veľké i malé, ktoré môžu byť vybrané prevádzkovateľom v súlade s postupom pre vytváranie obrazu.

katóda

Hlavnou funkciou katódy - vytvárať elektróny a zbieranie ich do lúča smerujúce k anóde. Všeobecne sa skladá z malého špirály drôtu (vlákien), vložený do vybrania v tvare misky.

Elektróny prechádzajúce obvodom nemôže normálne opustiť vodič a nechať voľný priestor. Avšak, oni môžu robiť, ak sa dostanú dostatok energie. V procese známom ako tepelné vyžarovanie tepla používa vyhnať elektrónov z katódy. Je to umožnené, keď je tlak v evakuovanej röntgenovej trubice dosiahne 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. Art. Priadza sa zahrieva rovnakým spôsobom, ako žiarovky špirálové priechodom prúdu skrz. Práca s katódovú trubicou je sprevádzaná zahrievaním na teplotu luminiscenčné posunu tepelnej energie z nich elektrónov.

balónik

Anóda a katóda sú obsiahnuté v utesnené skrini - valec. Balón a jej obsah sa často označujú ako vložka, ktorá má obmedzenú životnosť a môže byť nahradená. Röntgenový trubice všeobecne majú sklenené banky, keď kovové a keramické valce použitý pre niektoré aplikácie.

Hlavnou funkciou je podpora kontajner a izoláciu z anódy a katódy, a udržiavanie vákua. Tlak v evakuovanej röntgenovej trubice pri 15 ° C je 1,2 x 10 ^{~ 3} Pa. Prítomnosť plynu v nádrži by umožnilo elektrickej pretekať zariadením voľne, a to nielen vo forme elektrónového lúča.

bývanie

rúrka zariadenia X-ray tak, že, okrem krytu a podporu ďalších zložiek, slúži ako tieniacim telesom a absorbuje žiarenie, okrem užitočné lúča prechádzajúceho oknom. Jej pomerne veľký vonkajší povrch rozptyľuje väčšina tepla generovaného v zariadení. Priestor medzi plášťom a vložkou je naplnená olejom, ktorý poskytuje izoláciu a ochladením.

reťaz

Elektrický obvod spája telefón s napájacím zdrojom, ktorý sa nazýva generátor. Zdroj je napájaný zo siete a prevádza striedavý prúd na jednosmerný prúd. Generátor tiež umožňuje nastaviť niektoré parametre v reťazci:

• KV - napätia alebo elektrický potenciál;
• MA - prúd, ktorý preteká rúrkou;
• S - trvanie alebo čas expozície, v zlomkoch sekundy.

Obvod zabezpečuje pohyb elektrónov. Sú nabitý energiou, prechádzajúce generátorom, a dať ju k anóde. Ako ich pohybu dochádza dve transformácie:

• elektrický potenciál energie sa premení na kinetickú energiu;
• kinetická, podľa poradia, sa prevedie na röntgenové žiarenie a tepla.

potenciál

Keď elektróny dorazí v banke, že majú potenciálnu elektrickú energiu, ktorá je daná množstvom KV napätia medzi anódou a katódou. Röntgenová trubica bola prevádzkovaná pri napätí pre generovanie 1 kV, ktoré každá častica musí mať 1 keV. Úpravou KV, operátor dáva každý elektrón je určité množstvo energie.

kinetika

Nízky tlak v evakuovanej röntgenovej trubice (pri 15 ° C je 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. V.) Umožňuje častíc za pôsobenia žiarenia a tepelne-iónovú elektrického poľa emitované z katódy k anóde. Táto sila urýchľuje ich, čo má za následok zvýšenie rýchlosti a kinetickú energiu a potenciálnu Descending. Keď sa častice pristane na anóde, jeho potenciál je stratený, a všetky jeho energia je premenená na kinetickú energiu. 100 keV elektrón dosiahne rýchlosť väčšia ako polovica rýchlosti svetla. Narážanie na povrch častice sa spomaľuje veľmi rýchlo strácajú svoju kinetickú energiu. Otočí sa na röntgeny alebo tepla.

Elektróny prísť do styku s jednotlivými atómami anódového materiálu. Žiarenie generované ich interakcie s orbitálov (röntgenové fotóny), a s jadrom (brzdné žiarenie).

väzbová energia

Každý elektrónov v atóme má určitú väzbovú energiu, ktorá závisí na veľkosti druhej a úroveň, pri ktorej sa častice nachádza. Väzbové energie hrá dôležitú úlohu v generovaní charakteristického röntgenového žiarenia a je potrebné odstrániť elektrón z atómu.

bremsstrahlung

Bremsstrahlung produkuje najväčšie množstvo fotónov. Elektróny prenikajú do materiálu anódy a prebiehajúce v blízkosti jadra, odrazil a spomalil gravitačné atóm sily. Ich energia stratené počas tohto stretnutia sa objaví vo forme fotónu röntgenového žiarenia.

rad

Len pár fotóny majú energie blízko k energii elektrónov. Väčšina z nich je nižšia. Predpokladajme, že je medzera alebo pole obklopujúce jadro, pričom elektróny skúsenosti sila "inhibícia". Toto pole môže byť rozdelené do zón. To poskytuje pohľad na pole jadra cieľové atómu v stredu. Elektronický padá kdekoľvek v cieľovom spomaľuje a vytvára fotónu röntgenového žiarenia. Čiastočky, ktoré napádajú najbližšie k stredu, sú najviac vystavené, a preto strácajú najviac energie, ktorý vytvára veľké fotónov. Elektróny vstupe do vonkajšej zóny dochádza k slabej interakcie a generovať fotóny s nižšou energiou. Aj keď v oblasti majú rovnakú šírku, ktorá majú inú oblasť v závislosti od vzdialenosti od jadra. Vzhľadom na počet častíc dopadajúceho na zóny, závisí na jeho celkovej plochy, je zrejmé, že vonkajšia plocha zachytiť viac elektrónov a spôsobiť ďalšie fotóny. energie Röntgenové spektrum možno predvídať týmto modelom.

E _max fotóny hlavné brzdnej spektrum zodpovedajúce _Emax elektróny. Pod týmto bodom, so znižujúcim sa fotónovej energiu zvyšuje ich počet.

Značný počet fotónov s nízkou energiou absorbovať alebo filtrovať, ako sa snaží prejsť povrchu anódy trubice alebo krabice filtra. Filtrácia je všeobecne závislá od zloženia a hrúbky materiálu, ktorým je zväzok prechádza, a to určuje konečný tvar krivky spektra s nízkou energiou.

vplyv KV

Vysoká energia časť spektra určuje napätie rentgenky v kV (kV,). To preto, že určuje energiu elektrónov dosahujúci anódu a fotóny nemôžu mať potenciál väčší, než je táto. Za žiadnych napätia bežiaceho X-ray trubice? Maximálna energia fotónu odpovedá maximálnemu aplikovaný potenciál. Toto napätie sa môže meniť v priebehu expozície v dôsledku striedavej siete. V tomto prípade, _Emax špičkové napätie určí fotónovú kmitania obdobie KV _s.

Ďalšie potenciál kvantá, KV _p určuje množstvo žiarenia generovaného daným počtom elektrónov dosahujúci anódu. Vzhľadom k tomu, celková účinnosť brzdového žiarenia žiarenia sa zvyšuje energetické zvyšuje dopadajúce elektrónov, ktorý je určený KV _p, to znamená, že KV _p ovplyvňuje účinnosť zariadenia.

Zmena KV _p, zvyčajne meniť spektrum. Celková plocha pod krivkou energie predstavuje počet fotónov. Nefiltrovaná spektrum je trojuholník, a množstvo žiarenia v pomere k námestí KV. V prítomnosti filtra tiež zvyšuje KV zvýšenie prenikaniu fotónov, čo znižuje percento filtrované žiarenie. To vedie k zvýšenému výťažku žiarenia.

charakteristika vyžarovania

Druh interakcie, ktorá generuje charakteristické žiarenie zahŕňa vysokorýchlostné kolízii s elektróny na obežnej dráhe. Interakcia sa môže uskutočniť len vtedy, keď časť E _častice je väčšia, než je väzbové energie atómu. Ak je táto podmienka splnená, a tam je kolízie, elektrón je vyradený. To ponecháva otvorenou polohou, naplnený časticou vyššiu energetickú hladinu. Ako sme sa pohybovať elektrón dodáva energiu vyžarované vo forme fotónu röntgenového žiarenia. To sa nazýva charakteristické žiarenie, pretože E je fotón charakteristický chemický prvok, z ktorého je anóda vyrobená. Napríklad, keď je elektrón zrazený volfrám _spojenie K vrstva s E = 69,5 keV, voľné miesto je naplnený elektrónu z _komunikácie L-úroveň s E = 10,2 keV. Charakteristika röntgenové fotón má energiu, ktorá sa rovná rozdielu medzi oboma úrovňami, alebo 59,3 keV.

V skutočnosti, anódový materiál vedie k rade charakteristických röntgenových energie. K tomu dochádza preto, že elektróny na rôznych úrovniach energie (K, L, atď) môže byť zrazený bombardovania časticami a voľné miesta môžu byť naplnené rôznymi úrovňami energie. Kým voľná L-level vytvára fotóny a ich energie sú príliš malé na použitie v diagnostickom zobrazovaní. Každá charakteristika energia je daná označenie, ktorá indikuje, že obežná, pričom voľné miesto, s indexom, ktorý vykazuje zdroj elektrónov požadované. alfa (α) označuje index plnenie elektrónu z L-úroveň, a beta (β) ukazuje stav naplnenia M alebo N.

• volfrám Spectrum. Charakteristická žiarenie kovu vytvára lineárny spektrum skladajúci sa z niekoľkých diskrétnych energiou a brzdenie vytvára kontinuálne distribúciu. Počet fotónov vytvorených každého charakteristického energie, vyznačujúci sa tým, že pravdepodobnosť, že naplnenie voľnom pracovnom K-úroveň závisí na orbitále.
• molybdén Spectrum. Anódy tohto kovu použitého pre mamografiu, vyrábať dve dostatočne intenzívna charakteristický röntgenový energie: K-alfa v množstve 17,9 keV a K-beta na 19,5 keV. Optimálny rozsah röntgenky, ktorý umožňuje, aby sa dosiahlo najlepšiu rovnováhu medzi kontrastom a dávke žiarenia pre priemernú veľkosť pŕs dosiahnuť na E _p = 20 keV. Avšak Bremsstrahlung produkovať viac energie. V mamografické zariadenia na odstraňovanie nežiaducich častí spektra použité molybdénovej filtra. Filter pracuje na princípe «K-hrany." Absorbuje žiarenie v prebytku elektrónu väzobné energie na molybdénu atóme K-úrovni.
• Spektrum ródia. Ródium má atómové číslo 45, a molybdén - 42. Z tohto dôvodu, charakteristické röntgenové lúče anódou ródia bude mať o niečo vyššia energiu než molybdénu a prenikavejší. Používa sa pre zobrazovanie husté prsia.

Anódy s dvojitým povrchovej plochy, molybdén, ródium, umožniť operátorovi zvoliť rozloženie optimalizovaný pre prsia rôzne veľkosti a hustoty.

Účinok na KV spektra

KV hodnota výrazne ovplyvňuje charakteristické žiarenie, tj. K. To sa nevytvorí, ak je nižšia KV elektróny úroveň K-energie. Pri KV prekročí prahovú hodnotu, je množstvo žiarenia je všeobecne úmerná rozdielu a trubice KV prah KV.

Energetické spektrum fotónov röntgenového lúča vypúšťaných zo zariadenia závisí od viacerých faktorov. Je pravidlom, že sa skladá z brzdného žiarenia a charakteristickú interakcie.

Relatívna zloženie spektra je závislý na materiáli anódy, KV a filtra. V skúmavke s charakteristikou volfrámu anódy emisie nie je vytvorená na KV <69,5 keV. Pri vyšších hodnotách HF použité v diagnostických štúdiách, charakteristické žiarenie zvyšuje celkové žiarenie na 25%. Molybdénovej zariadenie však môže dosiahnuť veľkú časť celkovej výrobnej kapacity.

efektívnosť

Iba malá časť energie dodanej elektróny sa prevedie na žiarenie. Hlavné frakcie sa absorbuje a premení na teplo. Účinnosť žiarenia je definovaná ako podiel celkového vyžiareného výkonu od General Electric udelená anódy. Faktory, ktoré určujú účinnosť röntgenové trubice sa používajú napätie kV a atómové číslo Z. približný pomer z nasledujúcich:

• Účinnosť = KV x Z x 10 ^-6.

Vzťah medzi účinnosťou a KV má špecifický účinok na praktické použitie röntgenového zariadenia. Vzhľadom na výrobu tepla rúrky majú limit na počet elektrickej energie, ktoré môže rozptýliť. Ukladá na kapacite limit zariadení. S rastúcou KV, avšak množstvo žiarenia vyrobenej jedným tepla výrazne zvyšuje.

Závislosť účinnosti generácia röntgenového o zložení anódy je len akademický záujem, pretože väčšina zariadení používa volfrám. Výnimkou je molybdén a ródium, používané v mamogram. Účinnosť týchto zariadení je podstatne nižší pre volfrám, pretože ich nižšia atómové číslo.

účinnosť

Účinnosť röntgenová trubica je definovaná ako množstvo ožiarenia millirentgenah dodaného do bodu v centre užitočného zväzku vo vzdialenosti 1 m od ohniska na každý 1 MAS elektrónov prechádzajú cez systém. Jeho hodnota predstavuje schopnosť zariadenia pre prevod energie nabitých častíc v röntgenovom žiarení. To vám umožní určiť expozíciu pacienta, a snímku. Ako je účinnosť, účinnosť zariadenia závisí od viacerých faktorov, vrátane kV, napätie tvare vlny, anódového materiálu a od stupňa povrchového poškodenia filtračného zariadenia a v čase použitia.

KV-management

Napätie KV röntgenka účinne riadi výstupný žiarenia. Spravidla sa predpokladá, že výstup je priamo úmerná druhej mocnine KV. Zdvojnásobenie expozícia KV zvyšuje 4krát.

vlnovú

Tvar vlny je popísaný spôsob, akým KV sa mení s časom v priebehu generovania žiarenia v dôsledku cyklického charakteru výkonu. Použité niekoľko rôznych kriviek. Všeobecný princíp je: čím menší je zmena tvaru KV, röntgenové žiarenie je vyrábaná účinne. Moderné zariadenie používa generátory s relatívne konštantnou KV.

Rentgenky: Výrobcovia

Oxford nástroje Firma vyrába rôzne zariadenia, vrátane skla, zdroj energie 250 W, 4-80 kV, potenciál ohnisko 10 mikrometrov a širokej škály anódových materiálov, t. H. Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh, Tí, W.

Varian ponúka viac ako 400 rôznych typov lekárskych a priemyselných röntgenových trubíc. Iné známe výrobcovia sú Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong a kol.

V Rusku, rentgenky "Svetlana-röntgen". Okrem tradičných zariadení s rotačnými a stacionárnymi anódy spoločnosť vyrába zariadenia na studenou katódou svetelného toku kontrolovanej. Výhody týchto zariadení:

• pracujú v nepretržitom a impulzných režimov;
• absencia zotrvačnosti;
• reguláciu intenzity LED prúdu;
• čistota spektrum;
• možnosť röntgenového žiarenia rôznej intenzity.