KesihatanPerubatan

Sebagai tiub X-ray berfungsi?

X-ray yang dihasilkan dengan menukar tenaga elektron kepada foton, yang berlaku dalam tiub X-ray. Kuantiti (pendedahan) dan kualiti (spektrum) radiasi boleh diselaraskan dengan mengubah arus, voltan dan masa instrumen.

prinsip operasi

tiub X-ray (Foto diberikan dalam artikel) adalah penukar tenaga. Mereka hanya menerima dari rangkaian dan ditukar ke dalam bentuk lain - sinaran dan haba menembusi, yang kedua adalah hasil sampingan yang tidak diingini. X-ray tiub peranti itu bahawa ia memaksimumkan pengeluaran foton dan hampir habis haba secepat yang mungkin.

tiub adalah alat yang agak mudah, biasanya terdiri daripada dua unsur asas - katod dan anod. Apabila arus mengalir dari katod ke anod, elektron kehilangan tenaga, yang membawa kepada generasi X-ray.

anod

anod adalah komponen, di mana pelepasan foton bertenaga tinggi dihasilkan. Ini adalah unsur logam yang agak besar yang bersambung dengan kutub positif litar elektrik. Ia mempunyai dua fungsi utama:

  • Ia menukarkan tenaga elektron ke dalam sinaran X-ray,
  • Ia hampir habis haba.

Bahan untuk anod dipilih untuk meningkatkan fungsi-fungsi ini.

Sebaik-baiknya, kebanyakan elektron perlu membentuk foton bertenaga tinggi, dan bukannya haba. Nisbah jumlah tenaga, yang ditukar ke dalam X-radiasi (COP) bergantung kepada dua faktor:

  • nombor atom (Z) bahan anod,
  • tenaga elektron.

Dalam kebanyakan tiub x-ray sebagai bahan anod digunakan tungsten, yang nombor atom adalah sama dengan 74. Selain Z yang besar, logam ini mempunyai ciri-ciri lain tertentu yang menjadikan ia sesuai untuk tujuan ini. Tungsten adalah unik dalam keupayaan untuk mengekalkan kekuatan apabila dipanaskan, mempunyai takat lebur yang tinggi dan kadar sejatan yang rendah.

Untuk beberapa tahun, anod diperbuat daripada tungsten tulen. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, kita mula menggunakan aloi logam ini dengan rhenium, tetapi hanya di permukaan. anod diri di bawah lapisan tungsten-rhenium yang diperbuat daripada bahan ringan, haba yang baik-penyimpanan. Dua bahan tersebut adalah molibdenum dan grafit.

Tiub X-ray digunakan untuk mamografi, dibuat dengan anod, disalut dengan molibdenum. Bahan ini mempunyai nombor perantaraan atom (Z = 42), yang menjana foton dengan tenaga ciri, sesuai untuk merakam dada. Sesetengah peranti mamografi juga mempunyai anod kedua, terbentuk daripada rhodium (Z = 45). Ini menjadikan ia mungkin untuk meningkatkan tenaga dan mencapai penembusan yang lebih besar untuk payudara yang padat.

Penggunaan aloi tungsten-rhenium meningkatkan sinaran pengeluaran jangka panjang - dengan peranti kecekapan masa dengan anod diperbuat daripada tungsten tulen dikurangkan disebabkan oleh kerosakan haba ke permukaan.

Sebahagian besar daripada anod mempunyai bentuk cakera tirus dan tetap kepada aci motor, yang berputar mereka pada kelajuan yang agak tinggi pada masa pelepasan X-ray. Tujuan putaran - penyingkiran haba.

tempat tumpuan

X-ray generasi bahagian bukan keseluruhan anod. Ia berlaku di kawasan yang kecil permukaannya - tempat tumpuan. Dimensi terakhir ditentukan saiz alur elektron yang datang dari katod. Dalam kebanyakan ia mempunyai bentuk segi empat tepat berbeza-beza dalam 0,1-2 peranti mm.

X-ray reka bentuk tiub dengan saiz tertentu tempat tumpuan. Yang lebih kecil ia adalah, gerakan kabur kurang dan ketajaman yang lebih tinggi, dan apa yang lebih, pelesapan haba yang lebih baik.

saiz tempat tumpuan adalah faktor yang perlu dipertimbangkan apabila memilih tiub X-ray. Pengeluar menghasilkan peranti dengan tempat tumpuan kecil, di mana ia adalah perlu untuk mencapai resolusi tinggi dan sinaran cukup kecil. Sebagai contoh, ia diperlukan dalam kajian bahagian-bahagian kecil dan halus badan seperti dalam mamografi.

Tiub X-ray terutamanya menghasilkan tempat tumpuan dengan dua saiz - besar dan kecil, yang boleh dipilih oleh pengendali itu mengikut prosedur membentuk imej.

katod

Fungsi utama katod - untuk menjana elektron dan mengumpul mereka ke dalam rasuk ditujukan kepada anod. Ia secara amnya mengandungi satu wayar lingkaran kecil (filamen) tertanam di ruang berbentuk cawan.

Elektron melalui litar tidak boleh biasanya meninggalkan konduktor dan tinggalkan ruang percuma. Walau bagaimanapun, mereka boleh melakukannya, jika mereka mendapat tenaga yang cukup. Dalam proses yang dikenali sebagai pelepasan haba, haba yang digunakan untuk mengusir elektron daripada katod. Ini menjadi mungkin apabila tekanan di dalam tiub x-ray dipindahkan mencapai 10 -6 -10 -7 Torr. Art. benang yang dipanaskan dengan cara yang sama sebagai lampu filamen lingkaran dengan melepaskan therethrough semasa. Kerja Tiub sinar katod disertai dengan memanaskan kepada suhu luminescence anjakan tenaga haba daripadanya elektron.

belon

Anod dan katod yang terkandung dalam perumahan tertutup - silinder. Belon dan kandungannya sering dirujuk sebagai insert, yang mempunyai hayat yang terhad dan boleh diganti. Tiub x-ray umumnya mempunyai mentol kaca, walaupun logam dan seramik silinder digunakan untuk beberapa aplikasi.

Fungsi utama adalah untuk menyokong bekas dan pengasingan daripada anod dan katod, dan mengekalkan vakum. Tekanan di dalam tiub x-ray yang dipindahkan pada 15 ° C ialah 1.2 × 10 -3 Pa. Kehadiran gas di dalam tangki akan membolehkan bekalan elektrik yang mengalir melalui peranti bebas, bukan hanya dalam bentuk alur elektron.

perumahan

X-ray tiub radas seperti itu, sebagai tambahan kepada kepungan dan sokongan komponen lain, ia berfungsi sebagai sebuah badan perisai dan menyerap radiasi, kecuali rasuk berguna melalui tingkap. permukaan luar yang agak besar hampir habis sebahagian besar daripada haba yang dihasilkan dalam peranti. Ruang di antara shell dan sisip dipenuhi dengan minyak yang menyediakan penebat dan penyejukan ia.

rantaian

Litar elektrik menyambung telefon ke sumber kuasa, yang dipanggil penjana. Sumber kuasa dari rangkaian dan menukarkan arus kepada arus terus. penjana juga membolehkan anda untuk menyesuaikan beberapa parameter rantai:

  • KV - voltan atau potensi elektrik;
  • MA - semasa yang mengalir melalui tiub;
  • S - tempoh atau pendedahan masa, dalam pecahan saat.

Litar ini menyediakan pergerakan elektron. Mereka didakwa dengan tenaga, melalui penjana, dan memberikannya kepada anod. Sebagai pergerakan mereka berlaku dua perubahan:

  • tenaga keupayaan elektrik ditukarkan kepada tenaga kinetik;
  • kinetik, seterusnya ditukarkan kepada sinaran X-ray dan haba.

berpotensi

Apabila elektron tiba dalam kelalang, mereka mempunyai potensi tenaga elektrik, yang ditentukan oleh jumlah voltan KV antara anod dan katod. Tiub X-ray telah dikendalikan pada voltan untuk menjana 1 KV mana setiap zarah mesti mempunyai 1 keV. Dengan melaraskan KV, pengendali memberikan setiap elektron adalah sejumlah tenaga.

kinetik

tekanan rendah dalam tiub x-ray dipindahkan (pada 15 ° C ia adalah 10 -6 -10 -7 Torr. V.) Membenarkan zarah di bawah tindakan pelepasan dan daya elektrik ion haba dipancarkan dari katod ke anod. kuasa ini mempercepatkan mereka, menyebabkan peningkatan kelajuan dan tenaga kinetik dan potensi menurun. Apabila zarah tanah pada anod, potensi hilang, dan semua tenaga ditukarkan kepada tenaga kinetik. 100 keV elektron mencapai kelajuan yang lebih daripada separuh kelajuan cahaya. Menarik permukaan zarah adalah perlahan dengan cepat dan kehilangan tenaga kinetik mereka. Dia bertukar kepada X-ray atau haba.

Elektron bersentuhan dengan atom individu bahan anod. Radiasi yang dihasilkan oleh interaksi mereka dengan orbital (foton X-ray), dan dengan teras (bremsstrahlung).

tenaga mengikat

Setiap elektron dalam atom mempunyai tenaga ikatan tertentu, yang bergantung kepada saiz yang kedua dan tahap di mana zarah itu terletak. Tenaga yang mengikat memainkan peranan yang penting dalam generasi X-ray ciri dan diperlukan untuk mengeluarkan elektron daripada atom.

bremsstrahlung

Bremsstrahlung menghasilkan sejumlah besar foton. Elektron menembusi ke dalam bahan anod dan memanjangkan berhampiran dengan nukleus, dipesongkan dan menurun atom daya graviti. tenaga mereka hilang semasa mesyuarat ini muncul dalam bentuk X-ray foton.

pelbagai

Hanya foton Beberapa mempunyai tenaga berhampiran dengan tenaga elektron. Majoriti mereka ia adalah lebih rendah. Menganggap bahawa terdapat ruang atau bidang sekitar teras, di mana elektron pengalaman kuasa "perencatan." Bidang ini dapat dibahagikan kepada zon. Ini memberikan gambaran yang teras bidang atom sasaran di tengah. Elektronik jatuh mana-mana sahaja dalam sasaran itu menurun dan menjana foton X-ray. Zarah yang jatuh paling dekat ke pusat, adalah yang paling terdedah dan oleh itu kehilangan tenaga yang paling, menghasilkan sangat foton bertenaga tinggi. Elektron memasuki zon luar mengalami interaksi lemah dan menjana foton tenaga yang lebih rendah. Walaupun kawasan itu mempunyai lebar yang sama, bahawa mereka mempunyai kawasan yang berbeza bergantung kepada jarak dari nukleus. Kerana bilangan kejadian zarah pada zon, bergantung kepada jumlah kawasan, ia adalah jelas bahawa kawasan luar menangkap lebih elektron dan menyebabkan lebih banyak foton. tenaga X-ray spektrum boleh diramalkan oleh model ini.

E foton max spektrum bremsstrahlung utama bersamaan dengan E elektron max. Di bawah ketika ini, dengan mengurangkan tenaga foton meningkatkan bilangan mereka.

Sebilangan besar daripada foton tenaga yang rendah diserap atau ditapis, kerana mereka cuba untuk melalui permukaan tiub anod atau penapis keselamatan. Penapisan biasanya bergantung kepada komposisi dan ketebalan bahan di mana rasuk berlalu, dan ini menentukan bentuk akhir lengkung spektrum-tenaga yang rendah.

pengaruh KV

Yang bertenaga tinggi sebahagian daripada spektrum menentukan voltan tiub x-ray di kV (kilovolt). Ini kerana ia menentukan tenaga elektron mencapai anod, dan foton tidak boleh mempunyai potensi yang lebih besar daripada ini. Di bawah mana-mana voltan berjalan X-ray tiub? Tenaga foton maksimum sepadan dengan potensi maksimum pakai. Voltan ini mungkin berbeza-beza semasa pendedahan kerana rangkaian semasa seli. Dalam kes ini, E max voltan puncak ditentukan oleh foton ayunan p tempoh KV.

potensi quanta lanjut, KV p menentukan jumlah sinaran yang dihasilkan oleh nombor yang diberikan elektron mencapai anod. Sejak jumlah kecekapan sinaran bremsstrahlung akan bertambah dengan peningkatan tenaga tuju elektron, yang ditentukan p KV, ini menandakan bahawa p KV yang memberi kesan kepada kecekapan peranti.

Menukar p KV, biasanya mengubah spektrum. Jumlah kawasan di bawah keluk tenaga mewakili bilangan foton. spektrum yang tidak ditapis ialah segi tiga, dan jumlah sinaran berkadaran dengan KV dataran. Di hadapan penapis juga meningkatkan KV peningkatan penembusan foton, yang mengurangkan peratusan sinaran ditapis. Ini membawa kepada peningkatan hasil radiasi.

radiasi ciri

Jenis interaksi yang menjana radiasi ciri terdiri daripada perlanggaran berkelajuan tinggi dengan elektron orbit. Interaksi hanya boleh berlaku apabila sebahagian E zarah itu mempunyai lebih daripada tenaga ikatan atom. Apabila syarat ini dipenuhi, dan terdapat perlanggaran, elektron tersingkir. Ini meninggalkan kedudukan terbuka, dipenuhi oleh zarah tahap tenaga yang lebih tinggi. Seperti yang kita bergerak elektron memberikan tenaga yang dipancarkan dalam bentuk X-ray foton. Ia dipanggil radiasi ciri, kerana E adalah foton unsur kimia ciri-ciri yang anod itu dibuat. Sebagai contoh, apabila elektron mengetuk K tungsten sambungan lapisan dengan E = 69.5 keV, kekosongan itu dipenuhi dengan elektron dari komunikasi L-peringkat dengan E = 10.2 keV. Ciri X-ray foton mempunyai tenaga yang sama dengan perbezaan antara kedua-dua peringkat, atau 59.3 keV.

Sebenarnya, bahan anod membawa kepada beberapa ciri-ciri tenaga X-ray. Ini berlaku kerana elektron di pelbagai peringkat tenaga (K, L, dan lain-lain) boleh mengetuk membedil zarah dan kekosongan jawatan boleh diisi dengan pelbagai tahap tenaga. Manakala kekosongan L-peringkat menjana foton dan tenaga mereka terlalu kecil untuk digunakan dalam pengimejan diagnostik. Setiap tenaga ciri diberi jawatan yang menunjukkan orbit, di mana kekosongan, dengan indeks yang menunjukkan sumber elektron diperlukan. alfa (α) menunjukkan indeks mengisi elektron daripada L-peringkat, dan beta (β) menunjukkan tahap pengisian M atau N.

  • tungsten spektrum. Sinaran ciri logam menghasilkan spektrum linear yang terdiri daripada beberapa tenaga diskret dan brek menjana pengagihan berterusan. Bilangan foton dicipta oleh setiap tenaga ciri, ciri-ciri bahawa kebarangkalian mengisi kekosongan K-peringkat bergantung kepada orbit.
  • molibdenum spektrum. Anodes logam ini digunakan untuk mamografi, menghasilkan dua cukup sengit ciri x-ray tenaga: K-alpha di 17.9 keV dan K-beta pada 19.5 keV. Julat optimum tiub X-ray, yang membolehkan untuk mencapai keseimbangan yang terbaik antara kontras dan sinaran dos untuk saiz payudara purata yang dicapai pada E p = 20 keV. Walau bagaimanapun bremsstrahlung menghasilkan lebih banyak tenaga. Dalam peralatan mamografi untuk mengeluarkan bahagian yang tidak diingini spektrum menggunakan penapis molibdenum. penapis ini berfungsi pada prinsip «K-kelebihan." Ia menyerap radiasi dalam elektron lebihan mengikat tenaga di molibdenum atom K-peringkat.
  • Spektrum rhodium. Rhodium mempunyai nombor atom 45, dan molibdenum - 42. Oleh itu, ciri-ciri X-ray anod rhodium akan mempunyai tenaga yang lebih tinggi sedikit daripada itu molibdenum dan lebih tajam. Ia digunakan untuk pengimejan payudara yang padat.

Anodes dengan kawasan permukaan double, molibdenum, rhodium, membolehkan pengendali untuk memilih pengagihan dioptimumkan untuk payudara saiz yang berbeza dan kepadatan.

Kesan ke atas KV spektrum

nilai KV sangat memberi kesan radiasi ciri, iaitu. K. Ia tidak akan dikeluarkan jika kurang KV elektron tahap K-tenaga. Apabila KV melebihi nilai ambang ini, jumlah sinaran adalah berkadar secara amnya kepada perbezaan dan ambang KV tiub KV.

Spektrum tenaga foton sinar-X rasuk dipancarkan dari peranti ditentukan oleh beberapa faktor. Sebagai peraturan, ia terdiri daripada bremsstrahlung dan interaksi ciri.

Komposisi relatif spektrum bergantung kepada bahan anod, KV dan penapis. Dalam tiub dengan pelepasan ciri tungsten anod tidak terbentuk di KV <69,5 keV. Pada nilai yang lebih tinggi HF digunakan dalam kajian diagnostik, radiasi ciri meningkatkan jumlah radiasi kepada 25%. Peranti molibdenum ia boleh mencapai sebahagian besar daripada jumlah kapasiti penjanaan.

kecekapan

Hanya sebahagian kecil daripada tenaga yang disampaikan oleh elektron ditukarkan kepada radiasi. Pecahan utama diserap dan ditukar menjadi haba. kecekapan sinaran ditakrifkan sebagai sebahagian kecil daripada jumlah dipancarkan kuasa dari elektrik umum disampaikan anod. Faktor-faktor yang menentukan kecekapan tiub X-ray digunakan KV voltan dan nombor atom Z. Nisbah anggaran daripada yang berikut:

  • Kecekapan = KV x Z x 10 -6.

Hubungan antara kecekapan dan KV mempunyai kesan tertentu kepada penggunaan praktikal peralatan X-ray. Kerana generasi haba tiub mempunyai had jumlah kuasa elektrik yang mereka boleh hilang. Ia mengenakan pada kapasiti had peranti. Dengan peningkatan KV, bagaimanapun, jumlah sinaran yang dihasilkan oleh salah satu daripada haba ketara meningkatkan.

Pergantungan kecekapan generasi X-ray kepada komposisi anod adalah hanya menarik minat akademik kerana kebanyakan peranti digunakan tungsten. Pengecualian adalah molibdenum dan rhodium, yang digunakan dalam mamogram. Kecekapan alat-alat ini adalah jauh lebih rendah untuk tungsten kerana bilangan atom yang lebih rendah mereka.

keberkesanan

Kecekapan tiub X-ray ditakrifkan sebagai jumlah penyinaran millirentgenah dihantar ke titik di tengah-tengah rasuk berguna pada jarak 1 m dari tempat tumpuan bagi setiap 1 mAs elektron yang melalui peranti. nilai mewakili keupayaan peranti untuk menukar tenaga zarah bercas dalam sinaran X-ray. Ia membolehkan anda untuk menentukan pendedahan pesakit, dan syot kilat. Kecekapan, kecekapan peranti bergantung kepada beberapa faktor, termasuk KV, bentuk gelombang voltan, bahan anod dan tahap kerosakan permukaan untuk alat penapis dan masa penggunaan.

KV-pengurusan

Voltan KV tiub X-ray berkesan mengawal radiasi output. Sebagai peraturan, ia diandaikan bahawa output adalah berkadar dengan kuasa dua KV. Dua kali ganda pendedahan KV meningkatkan 4 kali.

bentuk gelombang

bentuk gelombang ini menerangkan kaedah yang dengannya KV berbeza dengan masa sepanjang generasi radiasi kerana sifat kitaran kuasa. Digunakan beberapa bentuk gelombang yang berbeza. Prinsip umum adalah: lebih kecil perubahan dalam KV bentuk, sinaran X-ray dihasilkan cekap. Peralatan moden yang digunakan penjana dengan KV malar.

tiub X-ray: Manufacturers

Oxford Instruments Syarikat mengeluarkan pelbagai peranti, termasuk kaca, kuasa 250 W, 4-80 berpotensi kV, tumpuan tempat 10 mikron dan pelbagai jenis bahan-bahan anod, t. H. Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh, Ti, W.

Varian menawarkan lebih 400 jenis perubatan dan industri tiub X-ray. pengeluar lain yang diketahui adalah Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong et al.

Di Rusia dihasilkan tiub X-ray "Svetlana-Roentgen". Selain peranti tradisional dengan berputar dan syarikat anod pegun mengeluarkan peranti katod sejuk fluks bercahaya dikawal. Kebaikan peranti berikut:

  • bekerja dalam mod berterusan dan nadi;
  • ketiadaan inersia;
  • mengawal keamatan LED semasa;
  • spektrum kesucian;
  • kemungkinan-ray X radiasi yang berbeza-beza intensiti.

Similar articles

 

 

 

 

Trending Now

 

 

 

 

Newest

Copyright © 2018 ms.atomiyme.com. Theme powered by WordPress.