固定阳极x线管
固定阳极X线管由阳极、阴极和玻璃管壳三部分组成
(一)阳极
阳极由阳极头、阳极柄、阳极罩三部分组成。阳极的作用有:①加正高压,吸引和加速阴极电子高速撞击靶面产生X线;②将热量经阳极柄传导出去;③吸收二次电子和散乱射线。
1.阳极头:阳极头由钨靶面和铜体组成。靶面承受阴极电子的轰击,产生X线。由于X线发生时将伴随大量的热量产生(有资料表明,在一次撞击中有1%的能量转换为X线能,99%的能量转换为热量),靶面的工作温度很高,因此,靶面材料一般选用熔点高<3 3700C )、原子序数大(74),蒸发率低的钨制成,故称钨靶面。但钨的导热率低,产生的热量不能很快地传导出去,因此,通过真空熔焊的办法把钨靶面熔焊在导热系数大的无氧铜铜体上,构成阳极头。
这样阳极头在高效率地产生X线的同时,也具有良好的散热能力。
2.阳极柄:阳极柄是阳极引出管外的部分,它由普通铜(紫铜)制成,并与阳极头连接,浸泡在高压绝缘油中。它的作用是将阳极头的热量传导到高压绝缘油中,热量在油中扩散,从而提高了阳极的散热能力。
3.阳极罩:阳极罩又名阳极帽,用含有一定比例钨的无氧铜制成,套在阳极头上。阳极罩有两个窗口:正对阴极的窗口是阴极电子束的入口,侧面正对靶面中心的窗口是向外辐射X线的出口,有的X线管在该出[C7 _L加装金属被片,以吸收软X线。
当阴极电子束高速轰击靶面产生X线时,靶面因反射而释放出部分电子,称为二次电子。二次电子的危害有:①撞击到玻璃管壳内壁上,使玻璃温度升高而产生气体,降低管内真空度;②部分二次电子附着在玻璃壁上,使玻璃壁负电位增加,造成管壁电位分布不均匀,其结果使管壁产生纵向应力,易致玻璃管壁的损坏;③二次电子是散乱的,当它再次轰击靶面时,会产生散射X线而使X线成像质量降低。因此,在阳极头上加装阳极罩来吸收二次电子,它能吸收50%~60%的二次电子。
此外。阳极罩可以吸收部分散射X线,从而保护X线管和提高成像质量。
(二)阴极
阴极由灯丝、聚焦槽、阴极套和玻璃芯柱组成(图2-3 >,主要结构是灯丝和聚焦槽。阴极的作用是发射电子,并经聚焦形成一定形状和大小的电子束。
1.灯丝:灯丝的作用是产生电子。它由具有较好的电子发射能力,且熔点高、蒸发率低的钨材料制成,绕制成螺旋管状。根据热电子发射原理,在灯丝上加上电压就产生灯丝电流(钨丝电阻为定值),钨丝温度逐渐上升,至一定温度值(约2 100K)时开始发射电子。发射电子的数量取决于灯丝温度的高低,所以调节灯丝电压,也就调节了灯丝温度,调节了阴极发射电子的数量,调节了管电流,调节了X线量。
灯丝温度与电子发射能力成非线性关系,当灯丝温度升高到一定数值后,灯丝才开始发射电子,但发射量不大。当温度从 2 400K升至2 600K时,灯丝温度增加很小(200K),电子发射量却增加数倍(从约150mA/cmZ猛增到700mA/cm2,即增加了4倍),这个特点要求在调整X线机的管电流时,应特别小心,以免损坏X线管。
灯丝燃亮时间越长,累积温度就越高,钨丝蒸发就越快,灯丝寿命就越短。如果灯丝电流比额定值升高5%,灯丝寿命将会缩短一半。所以X线管的灯丝电流应严格限制在额定值以下,使用时要尽量缩短灯丝的燃亮时间。
双焦点X线管有两根灯丝,一根灯丝较长,发射的电子多,形成大焦点;另一根较短,形成小焦点。其阴极有二根引线,其中根为两个灯丝的公用线,另二根分别为大、小灯丝的另一端引线。
2.聚焦槽:聚焦槽又名阴极头、聚焦罩、集射罩,它是由纯铁或铁镍合金制成的长方形槽,其作用是对钨丝发射的电子进行聚焦。钨丝加热产生大量电子,由于电子之间存在着排斥力,致使外围电子向四周扩散呈发散状。为使电子束聚焦成束状飞向阳极,将灯丝安装在直形凹槽或阶梯形凹槽中心,灯丝的一端与聚焦槽相连,获得相同的负电位,借其几何形状形成对电子束向中心靠拢的聚焦。
(三)玻玻管壳
玻璃管壳由耐高温、绝缘强度高、膨胀系数小的铝玻璃制成,其作用是:①支撑阴极与阳极,保证其几何中心正对,即灯丝中心与靶面中心正对;②保持管内真空度,一般其真空度应保持在1.33X10 sPa以下,以提高灯丝电子到达阳极的效率。
X线管工作时阳极的温度很高,玻璃管壳和阳极头铜体膨胀系数不同,两者不宜直接焊接,故两者之间镶嵌可伐(Kovar)圈,它是由含54%铁、2900镍,17%钴组成的合金圈,它的膨胀系数介于两者之间,同时与铝玻璃膨胀系数相近,从而避免因温度变化而造成的裂隙及玻璃碎裂,导致真空度下降。
有的X线管还将X线出口处玻璃加以研磨,使之略薄,以减少玻璃对X线的吸收。