Peress li l-tubi tar-raġġi X xogħol?

X-rays huma ġġenerati billi jikkonvertu l-enerġija tal-elettroni li photons, li sseħħ fit-tubu tar-raġġi X. Kwantità (esponiment) u l-kwalità (spettru) radjazzjoni jista 'jiġi aġġustat billi jinbidel il-kurrent, vultaġġ u l-ħin tal-istrument.

prinċipju ta 'operazzjoni

tubi tar-raġġi X (ritratt mogħtija fl-artikolu) huma konvertituri tal-enerġija. Huma jirċievu mill-netwerk u kkonvertit forom oħra - radjazzjoni penetranti u s-sħana, l-aħħar huwa byproduct mixtieqa. X-ray apparat tubu tali li timmassimizza l-produzzjoni ta 'photons u dissipates-sħana malajr kemm jista' jkun.

It-tubu huwa mezz relattivament sempliċi, tipikament jinkludi żewġ elementi bażiċi - tubu cathode u anodi. Meta flussi attwali mill-katodu għall-anodu, l-elettroni jitilfu l-enerġija, li twassal għall-ġenerazzjoni ta 'X-rays.

anodi

L-anodu huwa komponent, fejn l-emissjoni ta 'photons ta' enerġija għolja prodotta. Dan huwa element metall relattivament kbir li huwa konness mal-arblu pożittiv taċ-ċirkwit elettriku. Hija għandha żewġ funzjonijiet prinċipali:

• Hija tikkonverti l-enerġija elettron f'radjazzjoni-raġġi X,
• Hija dissipates sħana.

Il-materjal għall-anodu tintgħażel biex itejbu dawn il-funzjonijiet.

Idealment, ħafna mill-elettroni għandhom jiffurmaw photons ta 'enerġija għolja, aktar milli sħana. Proporzjon ta 'enerġija totali, li huwa kkonvertit-radjazzjoni X (COP) jiddependi fuq żewġ fatturi:

• numru atomiku (Z) tal-materjal anodu,
• enerġija elettron.

F'ħafna tubi tar-raġġi X bħala materjal ta 'l-anodu użat tungstenu, li n-numru atomiku hija ugwali għal 74. Minbarra l-Z kbar, din il-metall għandu ċerti karatteristiċi oħra li jagħmluha xierqa għal dan il-għan. Tungstenu huwa uniku fil-kapaċità tagħha li żżomm saħħa meta msaħħna, ddub f'temperaturi għolja u rata ta 'evaporazzjoni baxxa.

Għal ħafna snin, l-anodu huwa magħmul minn tungstenu pur. Fi snin reċenti, bdejna biex jużaw dan liga tal-metall ma 'rhenium, iżda biss fuq il-wiċċ. anodu Awto taħt il-kisi-tungstenu renju magħmul minn materjal ħafif, tajba tas-sħana tal-ħażna. Żewġ sustanzi bħal dawn huma molibdenu u grafita.

It-tubu tar-raġġi X użati għall mammografija, huwa magħmul bl-anodu, miksija bil-molibdenu. Dan il-materjal ikollu numru intermedju atomiku (Z = 42), li jiġġenera photons mal-enerġija karatteristika, tajbin għal reġistrazzjoni fis-sider. Xi tagħmir mammografija jkollu wkoll it-tieni anodu, iffurmata minn rodju (Z = 45). Dan jagħmilha possibbli li tiżdied l-enerġija u jiksbu penetrazzjoni akbar għall-sider dens.

L-użu ta 'liga tungstenu renju itejjeb il-produzzjoni radjazzjoni fit-tul - ma' apparat ta 'effiċjenza żmien ma anodu magħmula minn tungstenu pur huwa mnaqqas minħabba ħsara termika għall-wiċċ.

Ħafna mill-anodu għandha l-forma tal-diski għax-xejn u mwaħħla mal-xaft bil-mutur, li tiġi assenjata b'rotazzjoni minnhom b'veloċità relattivament għolja fil-ħin ta 'l-emissjoni ta' X-rays. L-għan tar-rotazzjoni - it-tneħħija ta 'sħana.

post fokali

Il-parti ġenerazzjoni tar-raġġi X ma 'l-anodu kollu. Dan iseħħ f'żona żgħira mill-wiċċ tagħha - il-post fokali. Dimensjonijiet aħħar determinat daqs tal-raġġ elettroniku li ġejjin mill-katodu. Fil-maġġoranza tal ikollhom forma rettangolari tvarja fi ħdan 0.1-2 apparati mm.

Id-disinn tubu tar-raġġi X ma 'ċertu daqs tal-post fokali. L-iżgħar huwa, l-ċċajpar inqas mozzjoni u Sharpness ogħla, u barra minn hekk, il-dissipazzjoni tas-sħana aħjar.

Daqs tal-ponta fokali huwa fattur li għandu jitqies meta jagħżlu l-tubu tar-raġġi X. Il-manifatturi jipproduċu apparati mad post fokali żgħar, fejn hu neċessarju biex jintlaħqu riżoluzzjoni għolja u r-radjazzjoni żgħir biżżejjed. Per eżempju, huwa meħtieġ fl-istudju ta 'partijiet żgħar u delikat tal-ġisem bħal fil mammografija.

It-tubu tar-raġġi X prinċipalment jipproduċu spots fokali b'żewġ daqsijiet - kbar u żgħar, li jistgħu jiġu magħżula mill-operatur skont il-proċedura, li tagħmel immaġini.

katodu

Il-funzjoni ewlenija tal-katodu - biex jiġġeneraw elettroni u jiġbruhom fi raġġ diretti lejn il-anodu. Ġeneralment tikkonsisti wajer spirali żgħir (-filament) inkorporati fil f'alkova forma tazza.

Elettroni jgħaddi permezz taċ-ċirkwit normalment ma tistax tħalli l-konduttur u jħallu spazju liberu. Madankollu, huma jistgħu jagħmlu dan, jekk huma jiksbu biżżejjed enerġija. Fi proċess magħruf bħala emissjoni termali, il-sħana użata biex tkeċċi l-elettroni mill-katodu. Dan isir possibbli meta l-pressjoni fi tubu x-ray evakwat jilħaq 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. Art. Il-ħajt huwa msaħħan bl-istess mod bħala lampa tal-filament spirali billi tgħaddi therethrough kurrenti. Xogħol cathode ray tube hija akkumpanjata minn tisħin għal spostament luminixxenza temperatura enerġija termali minnu l-elettroni.

bużżieqa

L-anodu u katodiċi jinsabu f'kaxxa siġillata - ċilindru. Il-ballun u l-kontenut tiegħu huma spiss imsejħa bħala daħħal, li għandu ħajja limitata u jistgħu jiġu sostitwiti. It-tubu x-ray ġeneralment ikollhom bozza tal-ħġieġ, għalkemm metall u ċeramika ċilindri użati għal xi applikazzjonijiet.

Il-funzjoni ewlenija hija li tappoġġja l-kontenitur u l-iżolament tal-anodu u l-katodu, u ż-żamma vakwu. Il-pressjoni fit-tubu bir-raġġi X evakwat fi 15 ° C hija 1.2 × 10 ^-3 Pa. Il-preżenza ta 'gass fit-tank jippermetti elettriku jgħaddi minn ġo l-apparat liberament, mhux biss fil-forma ta' raġġ elettroniku.

djar

apparat tubu tar-raġġi X tali li, minbarra l-kompartiment u l-appoġġ ta 'komponenti oħra, din isservi bħala korp tarka u jassorbi l-radjazzjoni, ħlief għar-raġġ utli li jgħaddi mill-tieqa. wiċċ estern tagħha relattivament kbir dissipates ħafna mill-sħana ġenerata fil-mezz. L-ispazju bejn il-qoxra u l-inserzjoni tkun mimlija biż-żejt li tipprovdi insulazzjoni u tkessiħ.

katina

Iċ-ċirkwit elettriku jgħaqqad il-phone għal sors ta 'enerġija, li tissejjaħ ġeneratur. Sors huwa mħaddem mill-netwerk u tikkonverti l-kurrent alternanti għall-kurrent dirett. Il-ġeneratur tippermetti wkoll li inti taġġusta xi parametri tal-katina:

• KV - vultaġġ jew potenzjali elettriku;
• MA - kurrent li tgħaddi l-tubu;
• S - durata jew esponiment ħin, frazzjonijiet ta 'sekonda.

Iċ-ċirkwit jipprovdi l-moviment ta 'elettroni. Dawn huma inkarigati bl-enerġija, li jgħaddi mill-ġeneratur, u jagħtu lill-anodu. Kif moviment tagħhom iseħħ żewġ trasformazzjonijiet:

• enerġija potenzjali elettrika hija maqluba għall-enerġija kinetika;
• kinetika, imbagħad, jiġi kkonvertit radjazzjoni tar-raġġi X u sħana.

potenzjal

Meta l-elettroni jaslu fil-flask, dawn ikollhom l-enerġija elettrika potenzjali, li huwa determinat mill-ammont ta 'vultaġġ KV bejn l-anodu u l katodiċi. It-tubu tar-raġġi X kien operata b'vultaġġ li jiġġeneraw 1 KV li kull partiċella għandu jkollu 1 keV. Billi jaġġusta l-KV, l-operatur jagħti kull elettroni ċertu ammont ta 'enerġija.

kinetiċi

pressjoni baxxa fi tubu x-ray evakwat (15 ° C huwa 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. V.) Tippermetti l-partikoli taħt l-azzjoni ta 'emissjoni u forza elettrika termjoniċi joħroġ mill-katodu għall-anodu. Din il-forza jaċċelera minnhom, li jirriżulta f'żieda fil-veloċità u l-enerġija kinetika u dixxendenti potenzjali. Meta partiċelli artijiet fuq l-anodu, il-potenzjal tagħha huwa mitluf, u kollha ta 'enerġija tiegħu huwa kkonvertit enerġija kinetika. elettroni 100-keV tilħaq veloċità akbar minn nofs veloċità tad-dawl. Jolqot il-wiċċ tal-partiċella qed jonqos malajr ħafna u jitilfu l-enerġija kinetika tagħhom. Hija dawriet raġġi-X jew sħana.

Elettroni jiġu f'kuntatt ma 'l-atomi individwali tal-materjal anodu. Radjazzjoni iġġenerat mill-interazzjoni tagħhom ma 'orbitals (photons-raġġi X), u bil-qalba (bremsstrahlung).

enerġija li jorbtu

Kull elettroni fil-atomu għandha ċertu enerġija vinkolanti, li jiddependi fuq id-daqs tal-aħħar u l-livell li fih tinsab il-partiċelli. L-enerġija li torbot għandha rwol importanti fil-ġenerazzjoni tal-karatterestika raġġi-X u hija meħtieġa biex tneħħi elettron minn atomu.

bremsstrahlung

Bremsstrahlung jipproduċi l-akbar numru ta 'photons. L-elettroni jippenetraw fil-materjal anodu u testendi qrib il-nukleu, milwi u naqas atomu forza gravitazzjonali. enerġija tagħhom mitlufa matul din il-laqgħa tidher fil-forma ta 'X-ray photon.

firxa ta '

Biss photons ftit jkollhom qrib enerġija għall-enerġija elettron. Il-maġġoranza tagħhom huwa aktar baxx. Assumi li hemm spazju jew qasam madwar l-qalba, li fih il-elettroni forza esperjenza "inibizzjoni." Dan il-qasam jista 'jiġi maqsum f'żoni. Dan jagħti opinjoni tal-qalba qasam tan-atomu mira fiċ-ċentru. Elettroniku li jaqa 'kullimkien fid-mira naqas u jiġġenera photon X-ray. Partiċelli li jaqgħu eqreb għaċ-ċentru, huma l-aktar esposti u għalhekk jitilfu l-enerġija l-aktar, li jipproduċu ħafna photons ta 'enerġija għolja. Elettroni jidħlu fiż-żona ta 'barra jesperjenzaw interazzjoni dgħajfa u jiġġeneraw photons ta' enerġija aktar baxx. Għalkemm iż-żona għandhom l-istess wisa ', li dawn ikollhom żona differenti skond id-distanza mill-nukleu. Billi l-għadd ta 'partiċelli inċident fuq iż-żona, jiddependi fuq iż-żona totali tagħha, huwa ovvju li ż-żona esterna qbid aktar elettroni u jikkawżaw aktar photons. ispettru tar-raġġi X enerġija jistax jiġi mbassar minn dan il-mudell.

E photons _max-ispettru bremsstrahlung prinċipali li jikkorrispondu għal E elettroni _max. Hawn taħt dan il-punt, bit-tnaqqis ta 'enerġija foton żidiet numru tagħhom.

Numru sinifikanti ta 'photons ta' enerġija baxxa assorbita jew iffiltrat, kif jippruvaw li jgħaddu mill-wiċċ tat-tubu anodu jew filtru kaxxa. Filtraġġ hija ġeneralment dipendenti fuq il-kompożizzjoni u l-ħxuna tal-materjal li minnha tgħaddi l raġġ, u dan jiddetermina l-forma finali tal-kurva ispettru ta 'enerġija baxxa.

KV influwenza

Il-parti ta 'enerġija għolja ta' l-ispettru jiddetermina t-tubi tar-raġġi X vultaġġ kV (kilovolt). Dan huwa minħabba li jiddetermina l-enerġija ta 'elettroni li jilħqu l-anodu, u photons ma jistax ikollu l-potenzjal akbar minn dan. Taħt kull vultaġġ tmexxija tubu tar-raġġi X? L-enerġija massima foton jikkorrispondi għall-potenzjal massimu applikati. Dan il-vultaġġ jista 'jvarja matul l-espożizzjoni minħabba l-netwerk kurrent li jalterna. F'dan il-każ, E Vultaġġ massimu _max determinat permezz ta 'oxxillazzjoni photon perjodu KV _p.

Barra minn hekk quanta potenzjali, KV _p jiddetermina l-ammont ta 'radjazzjoni iġġenerat minn numru mogħti ta' elettroni li jilħqu l-anodu. Peress li l-effiċjenza totali ta 'radjazzjoni bremsstrahlung tiżdied miż-żidiet enerġija elettron inċident, li huwa determinat _{p KV,} dan jimplika li _lp Kv jaffettwa l-effiċjenza tal-mezz.

Nibdlu _{p KV,} normalment tbiddel l-ispettru. L-erja totali taħt il-kurva enerġija jirrappreżenta n-numru ta 'photons. ispettru mhux iffiltrat huwa trijanglu, u l-ammont ta 'radjazzjoni fi proporzjon mal-KV kwadru. Fil-preżenza tal-filtru iżid ukoll KV żieda penetrazzjoni ta 'photons, li jnaqqas il-persentaġġ tar-radjazzjoni filtrata. Dan iwassal għal produzzjoni akbar radjazzjoni.

radjazzjoni karatteristika

It-tip ta 'interazzjoni li jiġġenera d-radjazzjoni karatteristika jinkludi ħabta ta' veloċità għolja mal elettroni orbitali. Interazzjoni jista 'jsir biss meta parti E ta' _{l-partiċelli} għandha akbar mill-enerġija li jorbtu ta 'atomu. Meta din il-kundizzjoni hija sodisfatta, u hemm kolliżjoni, l-electron huwa knocked out. Dan iħalli pożizzjoni miftuħa, jimtela bil-partiċelli livell ogħla ta 'enerġija. Hekk kif nersqu l-elettron jagħti enerġija li toħroġ fil-forma ta 'X-ray photon. Huwa sejjaħ l-radjazzjoni karatteristika, peress E huwa l-photon karatteristika element kimiku li minnha jsir l anodu. Per eżempju, meta elettron huwa knocked K tungstenu saff _konnessjoni ma 'E = 69.5 keV, il-post battal huwa mimli bl elettron _{mill-Komunikazzjoni} ta' livell L ma 'E = 10.2 keV. Karatteristika photon X-ray għandu enerġija ugwali għad-differenza bejn iż-żewġ livelli, jew 59.3 keV.

Fil-fatt, il-materjal anodu twassal għal numru ta 'enerġiji karatteristika tar-raġġi X. Dan jiġri minħabba li elettroni fil-livelli varji ta 'enerġija (K, L, eċċ) jistgħu jkunu knocked bombarding partiċelli u l-pożizzjonijiet battala jimtlew ma' varjetà ta 'livelli ta' enerġija. Filwaqt li l-postijiet battala L livell jiġġenera photons u l-enerġiji tagħhom huma żgħar wisq għall-użu fil immaġni dijanjostiċi. Kull enerġija karatteristika hija mogħtija denominazzjoni li tindika l orbitali, wherein vakanza, ma 'indiċi li juri sors elettron meħtieġa. alfa (α) tindika l-indiċi ta 'mili elettron mill-livell L, u beta (β) tindika l-livell ta' mili ta 'M jew N.

• tungstenu ispettru. Ir-radjazzjoni karatteristika tal-metall tipproduċi spettru lineari li jikkonsisti f'diversi enerġiji diskreti u l-ibbrejkjar jiġġenera distribuzzjoni kontinwa. In-numru ta 'photons maħluqa minn kull enerġija karatteristika, ikkaratterizzat b'mod li l-probabbiltà ta' mili l K-livell vakanza jiddependi fuq il orbitali.
• molibdenu ispettru. Anodi ta 'dan metall użati għall mammografija, jipproduċu żewġ intensa biżżejjed karatteristika x-ray enerġija: K-alfa fil 17.9 keV u lK-beta fuq 19.5 keV. Il-medda ottima ta 'tubi tar-raġġi X, li tippermetti li jinkiseb l-aħjar bilanċ bejn kuntrast u doża ta' radjazzjoni għall-daqs medju tas-sider jintlaħaq fil E _p = 20 keV. Madankollu bremsstrahlung jipproduċu aktar enerġija. Fit-tagħmir mammografija għat-tneħħija partijiet mhux mixtieqa ta 'l-ispettru użat filtru molibdenu. Il-filtru taħdem bil-prinċipju ta ' "K-tarf." Hija jassorbi radjazzjoni fl elettron żejda enerġija li jorbtu fil-atomu molibdenu livell K.
• L-ispettru ta 'rodju. Rodju għandha numru atomiku 45, u molibdenu - 42. Għalhekk, il-karatteristika raġġi-X ta 'l-anodi rodju se jkollhom enerġija kemmxejn ogħla minn dak tal-molibdenu u aktar penetranti. Huwa użat għall-immaġini sider dens.

Anodi ma 'oqsma tal-wiċċ doppja, molibdenu, rodju, jippermettu lill-operatur biex tagħżel distribuzzjoni ottimizzati għall-sider ta' daqs differenti u d-densità.

L-effett fuq il-KV ispettru

valur KV ħafna taffettwa l-radjazzjoni karatteristika, jiġifieri. K. Mhux se jiġu prodotti jekk elettroni livell K-enerġija inqas KV. Meta KV jaqbeż dan il-valur limitu, l-ammont ta 'radjazzjoni huwa ġeneralment proporzjonali għad-differenza u l KV tubu limitu KV.

L-ispettru tal-enerġija tal photons ta raġġ tar-raġġi X emessi mill-apparat huwa determinat minn diversi fatturi. Bħala regola, din tikkonsisti bremsstrahlung u l-interazzjoni karatteristika.

Il-kompożizzjoni relattiva tal-ispettru jiddependi fuq il-materjal anodu, KV u ffiltra. F'tubu bi karatteristika emissjoni anodi tungstenu mhux ffurmat fil KV <69,5 keV. Fil valuri ogħla tal-HF użati fi studji djanjostiċi, radjazzjoni karatteristika iżid il--radjazzjoni totali għal 25%. Il-mezzi tal-molibdenu dan jista 'jilħaq porzjon kbir tal-kapaċità totali ta' ġenerazzjoni.

effiċjenza

Biss parti żgħira tal-enerġija mogħtija mill-elettroni jiġi kkonvertit radjazzjoni. Il-frazzjoni prinċipali huwa assorbit u konvertit fi sħana. effiċjenza radjazzjoni hija definita bħala l-frazzjoni tat-total radiated power mill-elettrika ġenerali imparted anodu. Il-fatturi li jiddeterminaw l-effiċjenza tat-tubu tar-raġġi X huma applikati KV vultaġġ u numru atomiku Z. Il-proporzjon approssimattiv minn dawn li ġejjin:

• Effiċjenza = KV x Z x 10 ^-6.

Ir-relazzjoni bejn l-effiċjenza u KV għandu effett speċifiku fuq l-użu prattiku ta 'tagħmir tar-raġġi X. Minħabba l-ġenerazzjoni tas-sħana tat-tubu jkollhom limitu fuq in-numru ta 'enerġija elettrika li jistgħu tinħela. Jimponi fuq il-kapaċità tal-limitu mezz. Bil-żieda KV, madankollu, l-ammont ta 'radjazzjoni prodotta minn wieħed ta' sħana żżid b'mod sinifikanti.

Id-dipendenza ta 'l-effiċjenza tal-ġenerazzjoni tar-raġġi X fuq il-kompożizzjoni tal-anodu biss ta' interess akkademiku minħabba mezzi l-aktar użati tungstenu. Eċċezzjoni hija molibdenu u rhodium, użati fil-mammogram. Effiċjenza ta 'dawn il-mezzi huwa ferm iktar baxx għall tungstenu minħabba n-numru atomiku aktar baxx tagħhom.

effettività

Effiċjenza tubu tar-raġġi X hija definita bħala l-ammont ta 'irradjazzjoni millirentgenah mogħtija sa punt fiċ-ċentru tar-raġġ utli f'distanza ta' 1 m mill-post fokali għal kull 1 Mas elettroni li jgħaddu l-apparat. valur tagħha tirrappreżenta l-abbiltà tal-mezz li jikkonverti l-enerġija ta 'l-partiċelli ċċarġjati fil-radjazzjoni tar-raġġi X. Huwa jippermettilek li jiddeterminaw l-espożizzjoni tal-pazjent, u l-istampa. Effiċjenza, l-effiċjenza tal-mezz tiddependi fuq diversi fatturi, inklużi KV, il-forma mewġa vultaġġ, il-materjal anodu u l-grad ta 'ħsara tal-wiċċ għall-mezz tal-filtru u l-ħin ta' l-użu.

KV-ġestjoni

KV vultaġġ tubu tar-raġġi X effettivament jikkontrolla l-radjazzjoni output. Bħala regola, huwa preżunt li l-output huwa proporzjonali għall-kwadrat tad-KV. Irduppjar espożizzjoni KV żidiet 4 darbiet.

forma ta 'mewġa

Il mewġa jiddeskrivi l-metodu li bih KV tvarja maż-żmien matul il-ġenerazzjoni ta 'radjazzjoni minħabba n-natura ċiklika ta' poter. Użati diversi f'forom ta 'mewġ differenti. Il-prinċipju ġenerali huwa: l-iżgħar fost il-bidla fil-KV forma, ir-radjazzjoni tar-raġġi X huwa prodott b'mod effiċjenti. It-tagħmir modern użat ġeneraturi ma KV relattivament kostanti.

tubi tar-raġġi X: Il-manifatturi

Oxford Strumenti Kumpanija timmanifattura diversi apparati, inkluż ħġieġ, l-enerġija sa 250 W, 4-80 potenzjal kV, il fokali fuq il-post 10 mikroni u firxa wiesgħa ta 'materjali anodu, t. H. Ag, Au, Ko, Cr, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh, Ti, W.

Varian joffri aktar minn 400 tipi differenti ta 'tubi tar-raġġi X mediċi u industrijali. produtturi oħra magħrufa huma Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong et al.

Fir-Russja ipproduċew tubi tar-raġġi X "Svetlana-Roentgen". Minbarra l-mezzi tradizzjonali ma jduru u l-kumpanija anodu stazzjonarji timmanifattura mezz ta 'l-fluss luminuż katodu kiesaħ kkontrollati. Benefiċċji tal-mezzi li ġejjin:

• jaħdmu fi modi kontinwi u polz;
• nuqqas ta 'inerzja;
• tirregola l-intensità tal-kurrent LED;
• purità ispettru;
• il-possibbiltà ta 'X-ray radjazzjoni ta' diversi intensità.