X射線管

X 射線管是工作在高電壓下的真空二極體。包含有兩個電極 ：一個是用於發射電子的燈絲，作為陰極，另一個是用於接受電子轟擊的靶材，作為陽極。兩級均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外殼內。

基本介紹

• 中文名：X射線管
• 外文名：X ray generator
• 主要功能：產生X射線
• 組成：陽極和陰極

簡介

利用高速電子撞擊金屬靶面產生 X射線的真空電子器件。按照產生電子的方式,X射線管可分為充氣管和真空管兩類。

充氣X射線管是早期的X射線管。1895年，W.C.倫琴在進行克魯克斯管實驗時發現了 X射線。克魯克斯管就是最早的充氣X射線管。這種管接通高壓後,管內氣體電離，在正離子轟擊下，電子從陰極逸出，經加速後撞擊靶面產生X射線。充氣X射線管功率小、壽命短、控制困難，後已很少套用。1913年，W.D.庫利吉發明了真空 X射線管。管內真空度不低於10-4 帕。陰極為直熱式螺旋鎢絲，陽極為銅塊端面鑲嵌的金屬靶。根據管子的用途選擇靶材和電子束能量，常用鎢作靶材。在某些用途下，還採用銀、鈀、銠、鉬、銅、鎳、鈷、鐵、鉻等材料。陰極工作溫度約為2000K,發射出的電子經數萬至數十萬伏高壓加速後撞擊靶面。陰極被一個前端開槽的金屬罩包圍。金屬罩的電位等於或低於陰極，迫使電子聚焦在靶面上的一個狹窄區域內,形成焦斑。X射線就從焦斑上向各個方向輻射，通過管壁上的視窗輸出。視窗一般用對 X射線吸收很小的鈹、鋁或輕質玻璃製成，以鈹片為最佳。

X射線管

原理

X 射線管包含有陽極和陰極兩個電極，分別用於用於接受電子轟擊的靶材和發射電子的燈絲。兩級均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外殼內。X 射線管供電部分至少包含有一個使燈絲加熱的低壓電源和一個給兩極施加高電壓的高壓發生器。當鎢絲通過足夠的電流使其產生電子云，且有足夠的電壓（千伏等級）加在陽極和陰極間，使得電子云被拉往陽極。此時電子以高能高速的狀態撞擊鎢靶，高速電子到達靶面，運動突然受到阻止，其動能的一小部分便轉化為輻射能，以 X 射線的形式放出，以這種形式產生的輻射稱為軔致輻射。改變燈絲電流的大小可以改變燈絲的溫度和電子的發射量，從而改變管電流和 X 射線強度的大小。改變 X 光管激發電位或選用不同的靶材可以改變入射 X 射線的能量或在不同能量處的強度。由於受高能電子轟擊，X 射線管工作時溫度很高，需要對陽極靶材進行強制冷卻。雖然 X 射線管產生 X 射線的能量效率十分低下，但是在目前，X 射線管依然是最實用的 X 射線發生器件，已經廣泛套用於 X 射線類儀器。目前醫療用途主要分為診斷用 X 射線管和治療用 X 射線管。

對X射線管的要求是焦點小，強度大,以形成較大的功率密度。因此，在陽極上須供給比較大的功率,但X射線管的效率很低，99%以上的電子束功率成為陽極熱耗，而使焦斑過熱。避免陽極過熱的方法是對陽極或管子採取不同方式的冷卻，以降低焦斑處的溫度，或使靶面傾斜一定角度，以提供較大的散熱面積。後又出現旋轉陽極X射線管，因靶面高速旋轉（達10000轉/分），允許功率密度高、焦點小。現代出現一種在陽極靶面與陰極之間裝有控制柵極的X射線管,在控制柵上施加脈衝調製，以控制X射線的輸出。改變脈衝寬度及重複頻率,即可調整定時重複曝光。

分類

按照產生電子的方式 ,X 射線管可分為充氣管和真空管兩類。

根據密封材質不同，可分為玻璃管、陶瓷管和金屬陶瓷管。

根據用途不同，可分為醫療 X 射線管和工業 X 射線管。

根據密封方式不同，可分為開放式 X 射線管和密閉式 X 射線管。開放式 X 射線管在使用過程中需要不斷抽真空。密閉式 X 射線管生產 X 射線管時抽真空到一定程度後立即密封，使用過程中無需再次抽真空。

結構

固定陽極X射線管是常用X射線管中最簡單的一種，其結構由陽極、陰極和固定兩極並保持玻璃管內高真空的玻璃殼等三部分組成。

旋轉陽極X射線管示意圖

陽極由陽極頭、陽極帽、玻璃圈和陽極柄構成。陽極的主要作用使由陽極頭的靶面（一般選用鎢靶）阻擋高速運動的電子流而產生X射線，並將由此產生的熱量輻射或者通過陽極柄傳導出去，同時也吸收二次電子和散亂射線。鎢合金X射線管工作中產生X射線僅僅利用了不到高速運動電子流1%的能量，因此散熱是X射線管很重要的問題。陰極主要由燈絲、聚焦罩（或者稱為陰極頭）、陰極套和玻璃芯柱等組成。轟擊陽極靶的電子束，就是靠熱陰極的燈絲（一般都是鎢絲）發射出來，在鎢合金X射線管高電壓加速下經聚焦罩（陰極頭）聚焦形成的。高速運動的電子束撞擊陽極靶而突然受阻則產生了某段能量連續分布的X射線（其中並有反映陽極靶金屬的特徵X射線）。

套用

X射線管在醫學上用於診斷和治療,在工業技術方面用於材料的無損檢測、結構分析、光譜分析和底片曝光等。X射線對人體有害，使用時須採取有效防護措施。

常見故障分析

故障一 ：旋轉陽極轉子的故障

（1）現象

① 電路正常，但轉速明顯下降；靜轉時間短；曝光時陽極不轉動 ；② 曝光時，管電流劇增，電源保險絲熔斷 ；陽極靶面某點被熔化。

（2）分析

長期工作後導致軸承磨損變形及間隙改變，固體潤滑劑分子結構也會改變。

故障二 ：X 射線管陽極靶面損壞

（1）現象

① X 射線輸出量顯著下降，X 射線膠片感光度不足 ；② 由於陽極金屬被高溫蒸發，可見玻璃壁鍍有薄薄的金屬層 ；③ 通過放大鏡，可見靶面有龜裂、裂紋及熔蝕等現象 ；④ 焦點嚴重熔化時濺落的金屬鎢可能使 X 射線管爆裂損壞。

（2）分析

① 過負荷使用。有兩種可能 ：一種是過載保護電路失靈使一次曝光過載 ；另一種是多次曝光，造成累積性過載而熔化蒸發 ；② 旋轉陽極 X 射線管轉子卡死或啟動保護電路出現故障，在陽極不轉動或轉速過低的情況下曝光，導致陽極靶面瞬間熔化蒸發 ；③ 散熱不良。如散熱體與陽極銅體接觸不夠緊密或油垢過多。

故障三 ：X 射線管燈絲開路

（1）現象

① 曝光時無 X 射線產生，毫安表無指示 ；② 通過 X 射線管視窗可見燈絲不亮 ；③ 測量 X 射線管燈絲，阻值為無窮大。

（2）分析

① X 射線管燈絲電壓過高，燒斷燈絲 ；② X射線管真空度被破壞，大量的進氣使燈絲通電後迅速氧化燒斷。

故障四 ：攝影沒有 X 線產生的故障

（1）現象

① 攝影也沒有 X 線產生。

（2）分析

①若攝影也沒有 X 線產生，則一般先去判斷高壓是否能夠正常送至球管，直接在剛接燈泡

處測量電壓即可。以北京萬東為例，一般高壓變壓器初次級電壓比為 3:1000，當然注意機器事先預留下的空間。該空間主要由於電源、自耦變壓器等存在著內阻，曝光時損耗加大，從而導致的輸入電壓等下降的現象，該損耗與毫安選擇有關，毫安越大，損耗越大，則空載檢測電壓也應該越高。所以，當維修人員測量出的電壓超出 3:1000以外的一定範圍內數值也屬於正常，該超出數值與毫安選擇有關，毫安越大，此數值也越大。由此可判斷高壓初級電路是否有問題。