Jak lamp rentgenowskich działa?

Rentgenowskie są wytwarzane przez przekształcenie energii elektronów fotonów, który występuje w lampę rentgenowską. Ilość (ekspozycji) i jakość (widmo) promieniowanie może być regulowana przez zmianę prądu, napięcia i czasu instrumentu.

Zasada działania

lampy rentgenowskie (podane w artykule zdjęcia) są konwertery energii. Otrzymują go od sieci i przekształcone w inne formy – promieniowanie przenikliwe i ciepła, to ostatnie jest niepożądanym produktem ubocznym. Rentgenowskie urządzenie probówkę tak, że maksymalizuje się wytwarzanie fotonów i rozprasza ciepła tak szybko, jak to możliwe.

Rura jest stosunkowo prosty, zwykle składające się z dwóch podstawowych elementów – katodę i anodę. Gdy prąd przepływa z katody do anody, elektrony tracić energii, co prowadzi do wytwarzania promieniowania rentgenowskiego.

anoda

Anoda jest elementem, w którym emisja fotonami o dużej energii wytwarzana. Jest to stosunkowo masywny metalowy element, który jest połączony z dodatnim biegunem obwodu elektrycznego. Posiada dwie główne funkcje:

• Przetwarza energię elektronów w promieniowaniu rentgenowskim
• To rozprasza ciepło.

Materiał anody jest wybrany w celu wzmocnienia tych funkcji.

Idealnie, większość elektronów powinna tworzyć fotonami o dużej energii, zamiast ciepła. Stosunek całkowitej energii, który przekształca się promieniowanie rentgenowskie (COP) zależy od dwóch czynników:

• liczbę atomową (Z) materiału anodowego
• energia elektronów.

W większości lamp rentgenowskich jako materiał anody stosuje się wolframu, których liczba atomowa jest równe 74. Ponadto na duży Z tego metalu ma pewne inne cechy, które sprawiają, że nadaje się do tego celu. Wolframu, jest unikalny w jego zdolność do utrzymywania siły po ogrzaniu, ma wysoką temperaturę topnienia, niską szybkość parowania.

Przez wiele lat, anoda jest wykonana z czystego wolframu. W ostatnich latach zaczęliśmy korzystać z tego stopu metalu z renu, ale tylko na powierzchni. Własna anody pod powłoką wolframu, renu wykonana z lekkiego materiału, dobre ciepła przechowywania. Dwa takie substancje molibdenu i grafit.

Rurka rentgenowska stosowane do mammografii jest z anody, pokrytym molibdenu. Materiał ten charakteryzuje się średnią liczbę atomową (Z = 42), która generuje fotony o charakterystycznej energii, odpowiedniej do zapisu piersi. Niektóre urządzenia mammografii także drugą anodę, utworzoną z rodu (Z = 45). To sprawia, że możliwe jest zwiększenie energii i osiągnięcie większej penetracji dla gęstych piersi.

Zastosowanie stopu wolframu, renu poprawia wydajność promieniowania długoterminowe – z urządzeniami oszczędność czasu przy anodzie z czystego wolframu jest ograniczona z powodu termicznego uszkodzenia powierzchni.

Większość anoda ma kształt tarcz stożkowych i przymocowany do wału silnika, który obraca się je w stosunkowo wysokich prędkościach w czasie emisji promieni rentgenowskich. Celem obracania – usuwanie ciepła.

centralnym punktem

Część wytwarzania promieniowania rentgenowskiego nie cały anody. Występuje na niewielkim obszarze jego powierzchni – plamki ogniskowej. Wymiary ostatni określa rozmiar wiązki elektronów pochodzących z katody. U większości z nich ma prostokątny kształt zmienia się w urządzeniach 0,1-2 mm.

Rentgenogram konstrukcja rury o określonej wielkości plamki ogniskowej. Im jest mniejsza, tym mniejsze rozmycie ruchu i większa ostrość, a co więcej, tym lepsze rozpraszanie ciepła.

Wielkość plamki ogniskowej jest czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę przy wyborze lampy rentgenowskiej. Producenci wytwarzają urządzenia o małej ogniskowej miejscu, gdzie jest to konieczne, aby osiągnąć wysoką rozdzielczość i wystarczająco małe promieniowanie. Na przykład, jest to wymagane w badaniu małych i delikatnych części ciała jak w mammografii.

Rurka rentgenowska wytwarzają głównie ogniskowych miejsc w dwóch rozmiarach – małych i dużych, które mogą być wybrane przez użytkownika zgodnie z procedurą do tworzenia obrazu.

katoda

Główną funkcją katody – generowanie elektronów i zbierania ich w wiązki skierowana do anody. Zazwyczaj składa się z małego spiralnego drutu (włókna) osadzony w zagłębieniu w kształcie kubka.

Elektrony przechodzące przez obwód nie może normalnie opuścić dyrygent i zostawić wolną przestrzeń. Jednak mogą to zrobić, jeśli się wystarczająco dużo energii. W procesie znanym jako emisji termicznej ciepło wykorzystywane do wyrzucania elektronów z katody. Staje się to możliwe, gdy ciśnienie w rurze próżniowej rentgenowskiej osiąga 10 ^{-7 -6} -10 Tr. Art. Przędza jest ogrzewana w taki sam sposób jak żarówki spirali przez przepuszczanie prądu przez nie. Praca kineskop towarzyszy ogrzewanie do temperatury luminescencji przemieszczenia energii cieplnej od niego elektronów.

balon

Anoda i katoda są zawarte w szczelnej obudowie – cylinder. Balon i jego zawartość są często określane jako wkładka, która ma ograniczoną żywotność i mogą być wymieniane. Rura rentgenowskiej na ogół mają bańkę szklaną, chociaż cylindry metalowe i ceramiczne stosowane do niektórych zastosowań.

Główną funkcją jest wspomaganie pojemnik i izolację anody i katody i utrzymanie próżni. Ciśnienie w rurze próżniowej rentgenowskiego przy 15 ° C wynosi 1,2 x 10 ^{~ 3} Pa. Obecność gazu w zbiorniku, by umożliwić przepływ energii elektrycznej przez urządzenie swobodnie, nie tylko w postaci wiązki elektronów.

obudowa

Urządzenie Lampa rentgenowska taki sposób, że oprócz osłanianie i podtrzymywanie innych składników, służy jako korpus osłonki i absorbuje promieniowania, z wyjątkiem użytecznego strumienia przechodzącego przez okno. Jego stosunkowo duża zewnętrzna powierzchnia rozprasza większość ciepła wytwarzanego w urządzeniu. Przestrzeń pomiędzy korpusem a wkładki jest wypełnione olejem, który zapewnia izolację i chłodzenie.

łańcuch

Obwód elektryczny łączy telefon do źródła zasilania, które nazywa się generator. Źródło jest zasilany z sieci i przetwarza prąd zmienny na prąd stały. Generator pozwala także na dostosowanie niektórych parametrów sieci:

• KV – napięcie lub potencjał elektryczny;
• MA – prąd, który przepływa przez rurkę;
• S – czas trwania lub czasu ekspozycji w ułamkach sekundy.

Układ zapewnia przepływ elektronów. Są oskarżeni o energii, przechodząc przez generator, i dać go do anody. Jako ich ruchu pojawia się dwie transformacje:

• elektryczna energia potencjalna jest przekształcana w energię kinetyczną;
• kinetyczna z kolei przekształca się w promieniowaniu rentgenowskim i ciepła.

potencjał

Kiedy elektrony dotrzeć w kolbie posiadają potencjał energii elektrycznej, która jest określona przez ilość kV napięcie pomiędzy anodą i katodą. Rura rentgenowska pracowała przy napięciu 1 kV do wytworzenia których każda cząsteczka ma mieć 1 keV. Poprzez regulację kV, operator wyda każdy elektronów jest pewna ilość energii.

kinetyka

Niskie ciśnienie w rurze próżniowej rentgenowskie (w temperaturze 15 ° C wynosi 10 ^{-7 -6} -10 Tr. V.) pozwala cząstek pod działaniem siły emisji i termoelektronowej elektrycznym emitowane z katody do anody. Siła ta przyspiesza je, powodując zwiększenie prędkości i energii kinetycznej i potencjalnej malejącej. Gdy cząstka ląduje na anodzie, jej potencjał jest stracone, a wszystkie jej energii zostaje zamieniona na energię kinetyczną. 100 keV elektronów osiąga prędkości większe niż połowa prędkości światła. Uderzeniu w powierzchnię cząstki zwalnia bardzo szybko i tracą energię kinetyczną. Odwraca się do promieni rentgenowskich lub ciepła.

Elektrony stykać się z pojedynczych atomów materiału anody. Promieniowanie generowane przez ich interakcji z orbitali fotonów (promieni rentgenowskich), a także z rdzenia (Bremsstrahlung).

energia wiązania

Każdy elektronów w atomie ma pewną energię wiązania, który zależy od wielkości tego ostatniego i poziomu, w którym cząsteczka się znajduje. Energia wiązania odgrywa istotną rolę w wytwarzaniu charakterystycznych promieni rentgenowskich i potrzebna do usunięcia elektronu z atomu.

Bremsstrahlung

Bremsstrahlung produkuje największą liczbę fotonów. Elektrony wnikają w materiał anody i rozciąga się w pobliżu pierścienia odchylone spowolniony atom ziemskiego. Ich energia tracona podczas tego spotkania pojawi się w postaci fotonu rentgenowskiego.

Zakres

Tylko kilka fotony mają blisko energii do energii elektronów. Większość z nich jest niższa. Załóżmy, że istnieje przestrzeń lub obszar otaczający rdzeń, przy czym siła doświadczenie elektrony „hamowanie”. To pole może być podzielony na strefy. Daje to widok rdzenia pola atomu docelowej, w centrum. Elektroniczny wchodzących w dowolnym miejscu docelowym jest hamowany i generuje foton promieniowania rentgenowskiego. Cząstki, które mieszczą się najbliżej centrum, są najbardziej narażone i dlatego tracą najwięcej energii, produkując same fotony o dużej energii. Elektrony wejściem do strefy zewnętrznej przeżywa słabe oddziaływanie i generowania fotony o niższej energii. Chociaż obszarze mają taką samą szerokość, że mają inny obszar, w zależności od odległości od jądra. Ponieważ liczba cząstek padającego na strefy, w zależności od ich powierzchni, to jest oczywiste, że obszar zewnętrzny uchwycenie więcej elektronów i powoduje więcej fotonów. energia widma rentgenowskie mogą być przewidziane w tym modelu.

_Emax fotony widma głównego Bremsstrahlung odpowiadające _Emax elektronów. Poniżej tego punktu, wraz ze spadkiem energii fotonów zwiększa ich liczbę.

Znaczna liczba fotonów o niskiej energii pochłanianej się lub odsącza, ponieważ próby przechodzi przez powierzchnię rury anody lub filtra pudełka. Filtrowanie jest zwykle zależna od składu i grubości materiału, przez którą przechodzi wiązka, a ten określa ostateczny kształt krzywej widma niskiej energii.

wpływ KV

Część o wysokiej energii w widmie wyznacza napięcie rurki rentgenowskiej w kilowoltów (kV). To dlatego, że określa energię elektronów docierających do anody, a fotony nie mogą mieć większy potencjał niż ten. Pod żadnym biegu napięcia lampy rentgenowskiej? Maksymalna energia fotonu odpowiada maksymalnej zastosowano potencjał. Napięcie to może zmieniać się w trakcie ekspozycji z powodu zmiennego sieci prądu. W tym przypadku, napięcie szczytowe _Emax określa okres oscylacji fotonów KV _s.

Dalszym potencjalnym kwanty KV _P określa ilość promieniowania generowanego przez daną liczbę elektronów docierających do anody. Ponieważ całkowita sprawność promieniowania Bremsstrahlung zwiększa się padającego elektronów wzrostu energii, które określa się KV _p, oznacza to, że KV _P wpływa na wydajność urządzenia.

Zmiana KV _p, zwykle zmienia widmo. Całkowita powierzchnia pod krzywą energii oznacza liczbę fotonów. Niefiltrowane widmo jest trójkąt, a ilość promieniowania w stosunku do KV kwadratowy. W obecności filtra zwiększa KV zwiększające penetrację fotonów, które zmniejsza procent filtrowanego promieniowania. Prowadzi to do zwiększonej wydajności promieniowania.

promieniowanie charakterystyczne

Rodzaj wzajemnego oddziaływania, które generuje promieniowanie charakterystyka zawiera kolizji szybkiego elektronami orbitalnych. Oddziaływanie może nastąpić tylko wtedy, gdy część _{E, że} cząstka ma większy niż energia wiązania atomu. Gdy warunek ten jest spełniony, a tam jest kolizja, elektron zostaje znokautowany. To pozostawia otwartą pozycję, wypełniony przez cząstkę wyższy poziom energii. Jak przenieść elektrony dostarcza energii emitowanej w postaci rentgenowskiej fotonu. Nazywa się to promieniowanie cecha, ponieważ E jest foton charakterystyczny element chemiczny, z którego jest wykonana anoda. Na przykład, gdy elektrony wybija K wolframu _połączenie warstwy z E = 69,5 keV, to wolne jest wypełniona elektron z poziomu L _komunikacji z E = 10,2 keV. Charakterystyczny rentgenowski energię fotonów jest równa różnicy między dwoma poziomami lub 59,3 keV.

W rzeczywistości materiał anodowy, prowadzi do licznych charakterystycznych energii promieni rentgenowskich. Dzieje się tak, ponieważ elektrony przy różnych poziomach energetycznych (K, L, etc.), można wyłamać bombardowanie cząstkami i wolnych mogą być wypełnione różnych poziomach energetycznych. Chociaż wolnych poziomie L wytwarza fotonów, a ich energia jest zbyt małe do zastosowania w obrazowaniu diagnostycznym. Każda cecha energii nadaje się oznaczenie, które wskazuje, że orbitalnej, w której wolne miejsce, ze wskaźnikiem, który pokazuje źródło elektronów są wymagane. alfa (α) oznacza współczynnik wypełnienia elektron z poziomu L, i beta (β) wskazuje poziom napełnienia M i N.

• wolfram widmo. Charakterystyka promieniowania metalu daje widmo liniowe składają się z kilku oddzielnych energii i powoduje hamowanie rozkładu ciągły. Liczba fotonów utworzonych przez każde energii charakterystyczną, znamienny tym, że prawdopodobieństwo napełniania o pracy, K poziom zależy oczodołu.
• molibden widmo. Anody tego metalu stosowanego do mammografii, wytwarzają dwa wystarczająco intensywny charakterystyczny Energy X-ray: K-alfa 17,9 keV i K-beta 19,5 keV. Optymalny zakres lamp rentgenowskich, co pozwala osiągnąć optymalną równowagę między kontrastem i dawkę promieniowania o średnim rozmiarze piersi osiągnięty w _Ep = 20 keV. Jednak Bremsstrahlung produkować więcej energii. W urządzeniach mammografii do usuwania niepożądanych części spektrum działania filtra molibdenu. Filtr działa na zasadzie «K-edge„. Pochłania promieniowanie w nadmiarze energii wiązania na atomie molibdenu K poziomu elektronu.
• Widmo rodem. Rod musi liczby atomowej 45, i molibden – 42. W związku z tym charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie anody rodu będzie miał nieco większą energię niż w przypadku molibdenu i bardziej przenikliwy. Jest on używany do obrazowania gęste piersi.

Anody podwójnych obszarach powierzchni, molibden, rod umożliwić operatorowi wybranie rozkład zoptymalizowane dla piersi o różnych rozmiarach i gęstości.

Wpływ na KV widma

wartość KV znacznie wpływa na charakterystykę promieniowania, tzn. K. To nie będzie produkowany jeśli mniej KV elektrony na poziomie K-energetycznej. Gdy KV przekracza tę wartość progową, ilość promieniowania jest zwykle proporcjonalna do różnicy i wartość progowa KV rury KV.

Widmo energii fotonów wiązki promieni rentgenowskich emitowanych przez urządzenia zależy od wielu czynników. Z reguły składają się z Bremsstrahlung i charakterystycznego interakcji.

Względny skład widma zależy od materiału anody KV i przesączono. W probówce o charakterystyce emisji wolframu anody nie powstaje w KV <69,5 keV. Przy wyższych wartościach HF, stosowanych w badaniach diagnostycznych charakterystyczne promieniowanie zwiększa całkowitą promieniowania do 25%. Urządzenia molibdenu może osiągnąć dużą część całkowitej zdolności wytwórczych.

efektywność

Tylko niewielka część energii dostarczonej przez elektrony przekształca się promieniowanie. Główną frakcję wchłaniane i zamienia się w ciepło. sprawności promieniowania określa się jako ułamek Całkowita moc promieniowania z General Electric nadawany anody. Do czynników, które określają skuteczność lampy rentgenowskiej stosuje kV napięcie i liczbie atomowej Z. Przybliżony stosunek następujące:

• Wydajność = KV X Z x 10 ^-6.

Zależność między wydajnością i KV ma określony wpływ na praktyczne wykorzystanie sprzętu rentgenowskiego. Ze względu na wytwarzanie ciepła rury mają limit na ilość energii elektrycznej, które mogą rozpraszać. To nakłada na granicy pojemności urządzenia. Wraz ze wzrostem kV, jednakże ilość promieniowania wyprodukowane przez ciepła znacznie wzrasta.

Zależność efektywności wytwarzania promieniowania rentgenowskiego o składzie anody tylko zainteresowania naukowego ponieważ większość urządzeń stosować wolfram. Wyjątek stanowi molibden i rod, stosowane w mammografii. Sprawność tych urządzeń jest znacznie niższy dla wolframu z powodu ich mniejszej liczbie atomowej.

skuteczność

Wydajność lampa rentgenowska jest zdefiniowana jako ilość napromieniowania millirentgenah dostarczany do punktu znajdującego się w środku belki użyteczne w odległości 1 m od centralnego miejsca dla każdego MAS 1 elektronów przechodzących przez urządzenie. Jej wartość stanowi zdolność przyrządu do konwersji energii naładowanych cząstek promieniowania rentgenowskiego. To pozwala określić ekspozycję pacjenta i migawkę. Ponieważ wydajność, efektywność urządzenia zależy od kilku czynników, w tym kV kształtu fali napięcia, materiał anody i stopnia uszkodzenia powierzchni do urządzenia filtracyjnego i czasu użytkowania.

KV-zarządzanie

KV napięcie Lampa rentgenowska skuteczną kontrolę promieniowania wyjściowego. Z reguły zakłada się, że produkcja jest proporcjonalna do kwadratu KV. Podwojenie ekspozycji KV zwiększa 4-krotnie.

fali

Przebieg opisano sposób, w którym KV zmienia się z czasem w czasie generowania promieniowania ze względu na cykliczną naturę mocy. Używane kilka różnych przebiegów. Ogólna zasada brzmi: im mniejsza zmiana kształtu kV, promieniowanie rentgenowskie jest wytwarzane wydajnie. Nowoczesny sprzęt wykorzystywany generatory o stosunkowo stałej KV.

lamp rentgenowskich Producenci

Oxford Instruments Company produkcją różnych urządzeń, takich jak szkło, moc do 250 W, 4-80 potencjału kV plamki ogniskowej 10 mikronów i szerokiej gamy materiałów anody, t. H. Ag, Au, Cr, Co, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh i Ti, W.

Varian, zawiera ponad 400 różnych rodzajów lamp rentgenowskich medycznych i przemysłowych. Innych znanych producentów są Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong et al.

W Rosji produkowane lamp rentgenowskich „Swietłana-Roentgen”. Ponadto, oprócz tradycyjnego urządzenia z wirującym i stacjonarnym firmy anody wytwarza urządzenia z zimna katodą strumienia świetlnego kontrolowane. Korzyści z następujących urządzeń:

• pracować w sposób ciągły i impulsów trybów;
• brak bezwładności;
• regulowania natężenia prądu LED;
• czystość widma;
• możliwość promieniowania rentgenowskiego o różnej intensywności.