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1、1射线管核心部件。射线管核心部件。X X线管是线管是X X线机将电能转化为线机将电能转化为X X线能量、线能量、产生产生X X线的直接元件。线的直接元件。本章主要介绍医用诊断本章主要介绍医用诊断X X线管的结构、特线管的结构、特性、使用等知识，对特殊性、使用等知识，对特殊X X线管作简要介线管作简要介绍。绍。第一节第一节 固定阳极固定阳极X X线管线管第二节第二节 旋转阳极旋转阳极X X线管线管第三节第三节 X X线管的规格与特性线管的规格与特性 第一节第一节 固定阳极固定阳极X X线管线管 固定阳极固定阳极X X线管由阳极、阴极和玻璃管壳三部分线管由阳极、阴极和玻璃管壳三部分组成。组成。一、
2、构一、构 造造（一）阳极（一）阳极 阳极由阳极头、阳极柄、阳极罩三部分组成。阳极由阳极头、阳极柄、阳极罩三部分组成。阳极的作用有：阳极的作用有：加高压，吸引和加速阴极电子高速撞加高压，吸引和加速阴极电子高速撞击靶面产生击靶面产生X X线。线。将热量经阳极柄传导出去。将热量经阳极柄传导出去。吸收二次电子和散乱射线。吸收二次电子和散乱射线。1阳极头阳极头 阳极头由钨靶面和铜体组成。靶面阳极头由钨靶面和铜体组成。靶面承受阴极电子的轰击，产生承受阴极电子的轰击，产生X X线。靶面材料一线。靶面材料一般选用熔点高、原子序数大、蒸发率低的钨制般选用熔点高、原子序数大、蒸发率低的钨制成，故称钨靶面。但钨的导
3、热率低，因此把钨成，故称钨靶面。但钨的导热率低，因此把钨靶面熔焊在导热系数大的无氧铜铜体上。靶面熔焊在导热系数大的无氧铜铜体上。2 2阳极柄阳极柄 阳极柄是阳极引出管外的部分，它阳极柄是阳极引出管外的部分，它由普通铜（紫铜）制成，浸泡在高压绝缘油中。由普通铜（紫铜）制成，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它的作用是将阳极头的热量传导到高压绝缘油中。中。3 3阳极罩阳极罩 阳极罩又名阳极帽，用含有一定比阳极罩又名阳极帽，用含有一定比例钨的无氧铜制成。阳极罩可以吸收部分散射例钨的无氧铜制成。阳极罩可以吸收部分散射X X线，从而保护线，从而保护X X线管和提高成像质量。线管
4、和提高成像质量。当阴极电子束高速轰击靶面产生当阴极电子束高速轰击靶面产生X X线时，靶线时，靶面因反射而释放出部分电子，称为二次电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：子。二次电子的危害有：降低管内真空降低管内真空度；度；易致玻璃管壁的损坏；易致玻璃管壁的损坏；X X线成像质线成像质量降低。量降低。阳极罩的作用：吸收二次电子，它能吸收阳极罩的作用：吸收二次电子，它能吸收50%50%60%60%的二次电子；吸收部分散射的二次电子；吸收部分散射X X线，线，从而保护从而保护X X线管和提高成像质量。线管和提高成像质量。（二）阴极（二）阴极 阴极由灯丝、聚焦槽、阴极套和玻璃芯柱阴
5、极由灯丝、聚焦槽、阴极套和玻璃芯柱组成，主要结构是灯丝和聚焦槽。组成，主要结构是灯丝和聚焦槽。1 1灯丝灯丝 灯丝的作用是产生电子。它由具有较好的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。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，根据热电子发射原理，在灯丝上加上电压，钨丝温度逐渐上升，至约钨丝温度逐渐上升，至约2100K2100K时开始发射时开始发射电子。电子。调节灯丝电压，也就调节了灯丝温度，调调节灯丝电压，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，节了阴极发射
6、电子的数量，调节了管电流，调节了调节了X X线量。线量。灯丝温度与电子发射能力成非线性关系，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，灯丝才开当灯丝温度升高到一定数值后，灯丝才开始发射电子。当温度从始发射电子。当温度从2400K2400K升至升至2600K2600K时，时，灯丝温度增加很小（灯丝温度增加很小（200K200K），电子发射量），电子发射量却增加数倍，在调整却增加数倍，在调整X X线机的管电流时，应线机的管电流时，应注意以免损坏注意以免损坏X X线管。线管。灯丝燃亮时间越长，累积温度就越高，钨灯丝燃亮时间越长，累积温度就越高，钨丝蒸发就越快，灯丝寿命就越短。如
7、果灯丝蒸发就越快，灯丝寿命就越短。如果灯丝电流比额定值升高丝电流比额定值升高5%5%，灯丝寿命将会缩，灯丝寿命将会缩短一半。所以短一半。所以X X线管的灯丝电流应限制在额线管的灯丝电流应限制在额定值以下，使用时要尽量缩短灯丝的燃亮定值以下，使用时要尽量缩短灯丝的燃亮时间。时间。2 2聚焦槽聚焦槽 聚焦槽又名阴极头、聚焦罩、集射罩，其聚焦槽又名阴极头、聚焦罩、集射罩，其作用是对钨丝发射的电子进行聚焦。作用是对钨丝发射的电子进行聚焦。灯丝的一端与聚焦槽相连，获得相同的负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电位，借其几何形状形成对电子束向中心靠拢的聚焦。靠拢的聚焦
8、。图为阶梯形凹槽的电子聚焦轨迹，图中实图为阶梯形凹槽的电子聚焦轨迹，图中实线代表灯丝前方电子的运动轨迹，形成主线代表灯丝前方电子的运动轨迹，形成主焦点；虚线代表灯丝侧后方电子的运动轨焦点；虚线代表灯丝侧后方电子的运动轨迹，形成副焦点。迹，形成副焦点。（三）玻璃管壳（三）玻璃管壳玻璃管壳由耐高温、绝缘强度高、膨胀系数玻璃管壳由耐高温、绝缘强度高、膨胀系数小的钼玻璃制成，其作用是：小的钼玻璃制成，其作用是：支撑阴极与支撑阴极与阳极。阳极。保持管内真空度，以提高灯丝电子保持管内真空度，以提高灯丝电子到达阳极的效率。到达阳极的效率。X X线管工作时阳极的温度很高，玻璃管壳和线管工作时阳极的温度很高，玻
9、璃管壳和阳极头铜体膨胀系数不同，两者不宜直接焊阳极头铜体膨胀系数不同，两者不宜直接焊接，故二者之间镶嵌可伐圈，从而避免因温接，故二者之间镶嵌可伐圈，从而避免因温度变化而造成的裂隙及玻璃碎裂，导致真空度变化而造成的裂隙及玻璃碎裂，导致真空度下降。度下降。二、二、X X线管产生线管产生X X线的过程线的过程 产生产生X X线必备三个条件：线必备三个条件：阴极灯丝加热产生的电子源阴极灯丝加热产生的电子源由管电压所决定的高速电子流由管电压所决定的高速电子流碰撞物质靶面。碰撞物质靶面。阴极灯丝加热至预定温度后，在阴极灯丝加热至预定温度后，在X X线管的两线管的两端加上阳极为正、阴极为负的高压，阴极端加上
10、阳极为正、阴极为负的高压，阴极灯丝产生的电子束在高压电场的作用下便灯丝产生的电子束在高压电场的作用下便高速地冲向阳极，轰击靶面，进行能量转高速地冲向阳极，轰击靶面，进行能量转换，产生换，产生X X线。线。三、三、X X线管的焦点线管的焦点 在在X X线成像系统中，线成像系统中，X X线管的焦点对成像质量线管的焦点对成像质量影响很大。影响很大。X X线管的焦点分为实际焦点和有线管的焦点分为实际焦点和有效焦点两种。效焦点两种。（一）实际焦点（一）实际焦点 实际焦点是阴极电子在阳极靶面上的实际轰实际焦点是阴极电子在阳极靶面上的实际轰击面积。它的形状为长方形，故实际焦点又击面积。它的形状为长方形，故实
11、际焦点又称为线焦点。称为线焦点。实际焦点的形状是由灯丝的形状决定的。实际焦点的形状是由灯丝的形状决定的。（二）有效焦点（二）有效焦点 垂直于垂直于X X线管窗口方向上中心的投影称为线管窗口方向上中心的投影称为标称标称有效焦点有效焦点 或或 有效焦点的标称值有效焦点的标称值。电子束所轰击的电子束所轰击的 靶面靶面 与与 X X线输出方向线输出方向 之间之间的夹角称为的夹角称为阳极倾角阳极倾角（一般为（一般为772020）。）。两个焦点都具有面积的量纲，它们之间通过两个焦点都具有面积的量纲，它们之间通过靶倾角建立起一定的关系。靶倾角建立起一定的关系。国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC）规
12、定，有效焦点的）规定，有效焦点的标称值为采用无量纲制，如标称值为采用无量纲制，如1.01.0、1.21.2，但目前，但目前其标注方法仍用习惯标注法，如其标注方法仍用习惯标注法，如1.0mm1.0mm1.0mm1.0mm、1.2mm1.2mm1.2mm1.2mm等。等。（三）焦点增涨（三）焦点增涨 工作中当选择管电流较大时，灯丝产生的工作中当选择管电流较大时，灯丝产生的电子数量较多，在阳极靶面上的轰击面积电子数量较多，在阳极靶面上的轰击面积就增大，有效焦点也就增大，这种现象称就增大，有效焦点也就增大，这种现象称为为焦点增涨焦点增涨。管电压对焦点增涨的影响较小，焦点增涨管电压对焦点增涨的影响较小，
13、焦点增涨的程度主要由管电流而定，且随焦点而异，的程度主要由管电流而定，且随焦点而异，一般小焦点增涨幅度大。一般小焦点增涨幅度大。（四）焦点大小与其寿命、成像质量的关系（四）焦点大小与其寿命、成像质量的关系 当阴极电子高速轰击阳极靶面产生当阴极电子高速轰击阳极靶面产生X X线线的同时将伴随大量热量的产生，温度急剧的同时将伴随大量热量的产生，温度急剧上升。所以从保护阳极靶面、延长其寿命上升。所以从保护阳极靶面、延长其寿命的角度来看，实际焦点越大越好。的角度来看，实际焦点越大越好。而从几何光学成像原理可知，当有效而从几何光学成像原理可知，当有效焦点为点光源时，成像清晰度高，所以从焦点为点光源时，成像
14、清晰度高，所以从成像质量的角度来讲，希望焦点越小越好。成像质量的角度来讲，希望焦点越小越好。旋转阳极旋转阳极X X线管的出现解决了这对矛盾。线管的出现解决了这对矛盾。第二节 旋转阳极X线管 旋转阳极X线管的结构也由阳极、阴极和玻璃管壳组成。与固定阳极与固定阳极X X线管相比，除线管相比，除阳极结构阳极结构有明显有明显差别外，阴极和玻璃管壳相差不大。差别外，阴极和玻璃管壳相差不大。阳极做成一个旋转的圆盘状，因此电子轰阳极做成一个旋转的圆盘状，因此电子轰击产生的热量均匀分布在整个圆环面积上，击产生的热量均匀分布在整个圆环面积上，故旋转阳极故旋转阳极X X线管的焦点可设计得很小，且线管的焦点可设计得
15、很小，且负载功率大。负载功率大。旋转阳极旋转阳极X X线管既提高了功率又缩小焦点面线管既提高了功率又缩小焦点面积，这是旋转阳极积，这是旋转阳极X X线管的突出优点。线管的突出优点。旋转阳极旋转阳极X X线管的阳极结构主要有：线管的阳极结构主要有：靶面、转子、转轴、轴承套座、玻璃圈。靶面、转子、转轴、轴承套座、玻璃圈。一、靶一、靶 面面靶面固定在钼杆上，钼杆的另一端与转子相靶面固定在钼杆上，钼杆的另一端与转子相连。靶面具有一定的倾斜角，角度在连。靶面具有一定的倾斜角，角度在6617.517.5之间。阳极靶盘采用之间。阳极靶盘采用铼钨合金铼钨合金（10%10%20%20%铼）制成，铼）制成，钼或石
16、墨钼或石墨做靶基。做靶基。铼钨合金靶面晶体颗粒细，抗热膨胀性高，铼钨合金靶面晶体颗粒细，抗热膨胀性高，靶面龟裂机会减少。靶面龟裂机会减少。钼及石墨的热容量和散热率比钨好。钼或石钼及石墨的热容量和散热率比钨好。钼或石墨做靶基重量轻、热容量大，有效地提高了墨做靶基重量轻、热容量大，有效地提高了X X线管连续负荷的能力。线管连续负荷的能力。旋转阳极工作时产生的热量主要靠热辐射散旋转阳极工作时产生的热量主要靠热辐射散热。热。二、转二、转 子子转子低速转子低速X X线管设计转速为线管设计转速为3000r/min3000r/min，实际转，实际转速约为速约为2800r/min2800r/min左右；高速左
17、右；高速X X线管设计转速为线管设计转速为9000r/min9000r/min，实际转速约为，实际转速约为8500r/min8500r/min。转速越。转速越大，电子束在靶环某点停留的时间越短，大，电子束在靶环某点停留的时间越短，X X线线管的功率越大。管的功率越大。一般旋转阳极一般旋转阳极X X线管用于透视时阳极不需转动，线管用于透视时阳极不需转动，用于摄影时必须转动至用于摄影时必须转动至额定转速额定转速后才能在阳极后才能在阳极和阴极间加上高压，否则大量电子轰击在靶环和阴极间加上高压，否则大量电子轰击在靶环的固定点上会引起靶面损坏。的固定点上会引起靶面损坏。所以使用旋转阳极所以使用旋转阳极X
18、 X线管的线管的X X线机电路中均设线机电路中均设置有旋转阳极置有旋转阳极启动延时启动延时（约（约0.80.81.2s1.2s）保护保护电电路，待阳极转到额定转速后才能曝光。路，待阳极转到额定转速后才能曝光。曝光结束后，旋转阳极失电，但转子因惯性而曝光结束后，旋转阳极失电，但转子因惯性而静转一段时间才停下来。从切断定子绕组电源静转一段时间才停下来。从切断定子绕组电源到转子停止转动所经历的时间称为到转子停止转动所经历的时间称为静转时间静转时间。新管一般约新管一般约30min30min左右。左右。静转加大了对轴承的磨损程度，所以在有些静转加大了对轴承的磨损程度，所以在有些X X线机中设计线机中设计
19、转子制动装置转子制动装置，当曝光结束后在数，当曝光结束后在数秒内将旋转的阳极转子停下来，以减少秒内将旋转的阳极转子停下来，以减少磨损磨损。对于高速旋转阳极对于高速旋转阳极X X线管，为避免转子在临界线管，为避免转子在临界转速（转速（500050007000r/min7000r/min）时引起）时引起共振共振损坏，必损坏，必须设置转子制动装置，以此来保护须设置转子制动装置，以此来保护X X线管。线管。第三节 X线管的规格与特性 工作中为了既充分发挥X线管的最大效能，又不造成X线管的损坏，必须熟悉各种型号X线管的特性和参数，正确使用X线管。一、一、X X线管的构造参数线管的构造参数X X线管的构造
20、参数是指由线管的构造参数是指由X X线管的结构所决线管的结构所决定的非电性能方面的参数。定的非电性能方面的参数。例如阳极靶面倾斜角度、灯丝尺寸、焦点例如阳极靶面倾斜角度、灯丝尺寸、焦点大小、大小、X X线管外形尺寸、重量、管壁的滤过线管外形尺寸、重量、管壁的滤过当量、冷却和绝缘方式、旋转阳极当量、冷却和绝缘方式、旋转阳极X X线管的线管的阳极转速、最大允许工作温度等，这些数阳极转速、最大允许工作温度等，这些数据都标注在据都标注在X X线管的技术参数资料中。线管的技术参数资料中。二、二、X X线管的电参数线管的电参数X X线管的电参数是指线管的电参数是指X X线管电性能方面的数据。线管电性能方面
21、的数据。（一）最高管电压（一）最高管电压最高管电压是指允许加在最高管电压是指允许加在X X线管两端的最高电压峰值线管两端的最高电压峰值，单单位是千伏（位是千伏（kVkV）。在）。在X X线管两极间的电压峰值超过了此值，线管两极间的电压峰值超过了此值，就会导致管壁放电，甚至击穿损坏。就会导致管壁放电，甚至击穿损坏。（二）最大管电流（二）最大管电流最大管电流是指最大管电流是指X X线管在一定管电压和一定曝光时间内曝线管在一定管电压和一定曝光时间内曝光所允许的最大电流平均值，光所允许的最大电流平均值，单位是毫安（单位是毫安（mAmA）。在生）。在生产、安装调试及维修中调整管电流时不得超过该值，否则产
22、、安装调试及维修中调整管电流时不得超过该值，否则将导致将导致X X线管靶面过热损坏及缩短线管靶面过热损坏及缩短X X线管灯丝寿命。线管灯丝寿命。（三）最长曝光时间（三）最长曝光时间最长曝光时间是指最长曝光时间是指X X线管在一定管电压和一定管电流条件线管在一定管电压和一定管电流条件下曝光所允许的最长时间，下曝光所允许的最长时间，单位是秒（单位是秒（s s）。）。X X线曝光时间线曝光时间超过此值，超过此值，X X线管将因累积热量过多导致靶面过热损坏。线管将因累积热量过多导致靶面过热损坏。（四）（四）X X线管的容量线管的容量X X线管的容量又称为负荷量，是指线管的容量又称为负荷量，是指X X线
23、管在安线管在安全使用条件下一次曝光所能承受的最大负荷。全使用条件下一次曝光所能承受的最大负荷。超超过该限度使用焦点温度过高就会导致过该限度使用焦点温度过高就会导致X X线管靶面损线管靶面损坏。负荷量重点标注的是单次曝光的容量。坏。负荷量重点标注的是单次曝光的容量。1 1X X线管容量的计算线管容量的计算P P=UIUI/1000/1000（kWkW）式中式中P P为为X X线管的负载功率（容量），单位千线管的负载功率（容量），单位千瓦（瓦（kWkW）；）；U U为管电压的有效值，单位千伏为管电压的有效值，单位千伏（kVkV）；）；I I为管电流有效值，单位毫安（为管电流有效值，单位毫安（mAm
24、A）。）。从公式中可知，从公式中可知，X X线管的容量为管电压与管电线管的容量为管电压与管电流的乘积，而在实际使用中除与管电压和管电流流的乘积，而在实际使用中除与管电压和管电流有关外，还与曝光时间及整流方式有关，有关外，还与曝光时间及整流方式有关，X X线管的线管的容量不是一个固定值。容量不是一个固定值。2 2X X线管的标称功率线管的标称功率 因为因为X X线管的容量不是一个固定值，在线管的容量不是一个固定值，在使用中为了方便对使用中为了方便对X X线管容量进行标注和工线管容量进行标注和工作中交流比较，作中交流比较，通常将在一定的整流方式和通常将在一定的整流方式和一定的曝光时间下一定的曝光时
25、间下X X线管的最大负荷称为线管的最大负荷称为X X线线管的管的标称功率标称功率。固定阳极固定阳极X X线管的标称功率是指在单相线管的标称功率是指在单相全波整流电路中，曝光时间为全波整流电路中，曝光时间为1s1s时所能承受时所能承受的最大负荷量。的最大负荷量。旋转阳极旋转阳极X X线管的标称功率是指在三相线管的标称功率是指在三相六管全波整流电路中，曝光时间为六管全波整流电路中，曝光时间为0.1s0.1s时所能时所能承受的最大负荷量。承受的最大负荷量。3 3瞬时负荷与连续负荷容量的表示方法瞬时负荷与连续负荷容量的表示方法 X X线机的曝光时间在数秒以内的负荷为线机的曝光时间在数秒以内的负荷为瞬时
26、负荷，摄影和短时间透视属于瞬时负荷，瞬时负荷，摄影和短时间透视属于瞬时负荷，长时间的透视为连续负荷。长时间的透视为连续负荷。（1 1）连续负荷的容量标注方法：）连续负荷的容量标注方法：限定连续使用时最大功率。限定连续使用时最大功率。限定管电压、管电流。限定管电压、管电流。（2 2）瞬时负荷容量标注方法：常用规格表或）瞬时负荷容量标注方法：常用规格表或负荷特性曲线表示，一般固定阳极负荷特性曲线表示，一般固定阳极X X线管用线管用规格表来标注，旋转阳极规格表来标注，旋转阳极X X线管多用特性曲线管多用特性曲线来标注。线来标注。表表2-1国国产产XD4-29/100型固定阳极型固定阳极X线线管管规规
27、格表格表管管电电压压（kV）不同曝光不同曝光时间时间（s）下的管）下的管电电流（流（mA）0.060.10.160.200.320.50.81.01.62.03.26.08.05050045040038034030027025022020017013011055460410380350310275240230210185150120100604203753453202802502202101801701401059065390350310290260230200190170155130100857036032029027024022019018015014512090807533030026025022520018017014513511085758030027024023021019017016013512510580709028025022021019017015014012011095706010025022520019017015013012011010085655539講完了