به عنوان لوله های اشعه ایکس کار می کند؟

پرتوهای ایکس با تبدیل انرژی الکترون را به فوتون، که در لوله اشعه ایکس رخ می دهد ایجاد می شود. تعداد (مواجهه) و کیفیت (طیف) پرتوها را می توان با تغییر جریان، ولتاژ و زمان از ابزار تنظیم می شود.

اصل عمل

لوله های اشعه ایکس (عکس داده در مقاله) مبدل انرژی هستند. آنها آن را از شبکه دریافت و تبدیل به فرم های دیگر - تشعشعات نافذ و حرارت، دومی یک محصول جانبی نامطلوب است. اشعه ایکس دستگاه لوله به طوری که آن را حداکثر تولید فوتون ها و پراکندگی گرما با بیشترین سرعت ممکن.

یک کاتد و آند - لوله یک دستگاه نسبتا ساده است، به طور معمول شامل دو عنصر اساسی است. هنگامی که در حال حاضر جریان از کاتد به آند، الکترونها از دست دادن انرژی، که منجر به تولید اشعه X.

قطب مثبت

آند یک جزء، در جایی که انتشار فوتون های پر انرژی تولید شده است. این عنصر فلز نسبتا گسترده است که به قطب مثبت مدار الکتریکی متصل است. این دو عملکرد اصلی:

• این انرژی الکترون به تشعشعات اشعه ایکس تبدیل،
• این پراکندگی گرما.

این مواد برای آند انتخاب شده است به منظور افزایش این توابع.

در حالت ایده آل، بسیاری از الکترونها باید یک فوتون های پر انرژی به جای به حرارت،. نسبت از کل انرژی است که به اشعه ایکس (COP) تبدیل بستگی به دو عامل:

• عدد اتمی (Z) از مواد آند،
• انرژی الکترون.

در اغلب لوله اشعه ایکس به عنوان یک ماده آند استفاده از تنگستن، که عدد اتمی به 74. برابر علاوه بر Z بزرگ است، این فلز دارای ویژگی های خاصی دیگر که آن را برای این کار مناسب است. تنگستن در توانایی آن برای حفظ قدرت هنگامی که حرارت داده، دارای نقطه ذوب بالا و نرخ تبخیر کم منحصر به فرد است.

برای سال های بسیاری، آند از تنگستن خالص ساخته شده است. در سال های اخیر، ما شروع به استفاده از این آلیاژ فلزی با رنیم، اما تنها بر روی سطح. آند خود تحت پوشش تنگستن رنیوم ساخته شده از مواد نور، حرارت خوب ذخیره سازی. دو ماده به گونه ای است مولیبدن و گرافیت.

لوله اشعه ایکس مورد استفاده برای ماموگرافی، با آند، پوشش داده شده با مولیبدن ساخته شده است. این مواد دارای تعداد متوسط اتمی (Z 42 =)، که تولید فوتون با انرژی مشخصه، مناسب برای ضبط قفسه سینه. برخی از دستگاه های ماموگرافی نیز آند دوم، تشکیل شده از رودیوم (Z = 45) است. این امکان برای افزایش انرژی و دستیابی به نفوذ بیشتر برای سینه های متراکم.

استفاده از آلیاژ تنگستن-رنیم بهبود خروجی تابش طولانی مدت - با دستگاه های بهره وری زمان با آند ساخته شده از تنگستن خالص به دلیل آسیب حرارتی به سطح کاهش می یابد.

بسیاری از آند به شکل دیسک های مخروطی و به شفت موتور، که آنها را می چرخاند در سرعت نسبتا بالا در زمان انتشار اشعه X ثابت شده است. هدف از این چرخش - حذف از گرما.

نقطه کانونی

بخش نسل اشعه ایکس نه کل آند. آن را در یک منطقه کوچک از سطح آن رخ می دهد - نقطه کانونی. ابعاد آخرین تعیین اندازه پرتو الکترونی که از کاتد است. در اکثر آن را به یک شکل مستطیل در دستگاه های 0.1-2 میلی متر متفاوت است.

طراحی لوله اشعه ایکس با اندازه خاص از نقطه کانونی. کوچکتر از آن است، تاری کمتر حرکت و وضوح بالاتر، و چه بیشتر، اتلاف حرارت بهتر است.

اندازه نقطه کانونی یک عامل است که باید در هنگام انتخاب تیوب اشعه ایکس در نظر گرفته شود. تولید کنندگان به تولید دستگاه های با نقطه کانونی کوچک، که در آن لازم است برای رسیدن به وضوح بالا و تابش به اندازه کافی کوچک است. برای مثال، در این مطالعه از قطعات کوچک و ظریف از بدن به عنوان در ماموگرافی مورد نیاز است.

لوله اشعه ایکس به طور عمده تولید نقاط کانونی با دو اندازه - بزرگ و کوچک، که می تواند توسط اپراتور مطابق با تصویر تشکیل روش انتخاب شده است.

کاتد

تابع اصلی از کاتد - برای تولید الکترون ها و جمع آوری آنها را به پرتو کارگردانی به آند. به طور کلی از یک سیم مارپیچی کوچک (رشته) جاسازی شده در یک فرورفتگی فنجانی شکل تشکیل شده است.

الکترون عبور از مدار طور معمول نمی تواند هادی را ترک کرده و یک فضای آزاد را ترک کند. با این حال، آنها می توانند آن را انجام دهید، اگر آنها به اندازه کافی انرژی. در یک فرایند شناخته شده به عنوان انتشار گرمایی، گرما استفاده به اخراج الکترونها از کاتد است. این امکان پذیر می شود که فشار در یک لوله اشعه ایکس تخلیه 10 ^-6 -10 می رسد ^-7 تور. هنر. نخ در همان شیوه ای به عنوان یک لامپ رشته مارپیچی با گذراندن یک therethrough فعلی گرم می شود. کار کاتد لامپ اشعه با حرارت به لومینسانس دمای جابجایی انرژی حرارتی از ان الکترون همراه است.

بالون

آند و کاتد در یک مسکن مهر و موم شده موجود - سیلندر. بالون و محتویات آن را اغلب به عنوان قرار دادن، که دارای عمر محدود و می تواند جایگزین می شود. لوله اشعه ایکس به طور کلی یک حباب شیشه ای، اگر چه فلز و سرامیک سیلندر برای برخی از برنامه های کاربردی استفاده می شود.

عملکرد اصلی این است برای حمایت از ظرف و انزوا از آند و کاتد، و حفظ خلاء. فشار در لوله اشعه ایکس تخلیه در 15 ° C 1.2 × 10 است ^-3 پا. حضور گاز در مخزن اجازه می دهد برق به طریق دستگاه جریان آزادانه، نه فقط در قالب یک شعاع الکترون.

مسکن

دستگاه لوله اشعه X به طوری که، علاوه بر محوطه و پشتیبانی از دیگر اجزای آن به عنوان یک بدن سپر عمل می کند و جذب تابش، به جز پرتو مفید عبور از طریق پنجره. سطح خارجی نسبتا بزرگ آن بسیاری از حرارت تولید شده در دستگاه پراکندگی. فضای بین پوسته و قرار دادن است با روغن که عایق و خنک کننده آن را فراهم پر شده است.

زنجیر

مدار الکتریکی تلفن متصل به یک منبع قدرت، که یک ژنراتور نامیده می شود. منبع از شبکه شده و تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم. ژنراتور همچنین اجازه می دهد به شما برای تنظیم برخی از پارامترهای زنجیره ای:

• KV - ولتاژ یا پتانسیل الکتریکی؛
• MA - در حال حاضر که از طریق لوله جریان؛
• S - مدت زمان قرار گرفتن در معرض و یا زمان، در کسری از ثانیه.

مدار حرکت الکترون ها فراهم می کند. آنها با انرژی شارژ شده و با عبور از ژنراتور، و آن را به آند است. به عنوان جنبش خود را رخ می دهد دو دگرگونی:

• انرژی پتانسیل الکتریکی را به انرژی جنبشی تبدیل؛
• جنبشی، به نوبه خود، به تشعشعات اشعه X و حرارت تبدیل می شود.

پتانسیل

هنگامی که الکترون در فلاسک می رسند، آنها دارای انرژی پتانسیل الکتریکی است که توسط مقدار ولتاژ KV بین آند و کاتد تعیین می شود. لوله اشعه ایکس در یک ولتاژ برای تولید 1 کیلو ولت که هر ذره باید 1 کو دارند عمل شد. با تنظیم KV، اپراتور می دهد هر الکترون یک مقدار مشخصی از انرژی است.

جنبش شناسی

کم فشار در یک لوله اشعه ایکس تخلیه (در 15 ° C آن است 10 ^-6 -10 ^-7 تور. V.) اجازه می دهد تا ذرات تحت عمل انتشار و نیروی الکتریکی گرمایونی ساطع شده از کاتد به آند. این نیرو آنها را شتاب، در افزایش سرعت و انرژی جنبشی و نزولی بالقوه می شود. هنگامی که یک ذره زمین در آند، بالقوه آن از دست داده است، و همه انرژی خود را به انرژی جنبشی تبدیل می شود. الکترون 100-کو می رسد با سرعت بیشتر از نیمی از سرعت نور است. قابل توجه سطح ذره به کم کردن سرعت بسیار به سرعت و از دست دادن انرژی جنبشی خود را. او به اشعه X یا گرما تبدیل می شود.

الکترون در تماس با اتمهای منفرد از مواد آند آمده است. تابش تولید شده توسط تعامل خود را با اوربیتال (فوتون اشعه ایکس) و با یک هسته (تابش ترمزی).

انرژی پیوند

هر الکترون در یک اتم دارای انرژی اتصال خاص، که بستگی به اندازه از دومی و سطح که در آن ذره واقع شده است. انرژی پیوند نقش مهمی در نسل از مشخصه اشعه X بازی می کند و به حذف یک الکترون از یک اتم مورد نیاز است.

تابش ترمزی

تابش ترمزی تولید بیشترین تعداد فوتون. الکترون نفوذ به مواد آند و گسترش نزدیک به هسته، منحرف و شتاب اتم نیروی گرانشی. انرژی خود را از دست داده در این جلسه در قالب فوتون اشعه ایکس به نظر می رسد.

وسیعی از

تنها چند فوتون یک نزدیک انرژی به انرژی الکترون. اکثر آنها آن پایین تر است. فرض کنید که یک فضای یا زمینه اطراف هسته، که در آن الکترون نیروی تجربه وجود دارد "مهار شده است." در این زمینه می توان به مناطق تقسیم شده است. این تصویری از هسته زمینه اتم هدف در مرکز می دهد. الکترونیک سقوط در هر نقطه از هدف شتاب و تولید یک فوتون اشعه ایکس است. ذرات که سقوط نزدیک به مرکز، بیشتر در معرض و در نتیجه بسیاری از از دست دادن انرژی، تولید بسیار فوتون های پر انرژی. الکترون از ورود به منطقه بیرونی دچار یک تعامل ضعیف و تولید فوتون های انرژی کمتری دارند. اگر چه منطقه داشته باشد هم عرض، که آنها یک منطقه متفاوت بسته به فاصله از هسته. از آنجا که تعداد ذرات حادثه در منطقه، بستگی به مساحت کل آن، آشکار است که این منطقه ضبط خارجی الکترونهای بیشتری و باعث فوتون بیشتر است. انرژی طیف اشعه ایکس را می توان با این مدل پیش بینی کرد.

E _حداکثر طیف فوتونی تابش ترمزی اصلی مربوط به _حداکثر الکترون E. در زیر این نقطه، با کاهش انرژی فوتون تعداد آنها افزایش می دهد.

تعداد قابل توجهی از فوتون های کم انرژی جذب یا فیلتر به عنوان تلاش برای از طریق سطح لوله آند یا جعبه فیلتر عبور کند. تصفیه آب و تصفیه به طور کلی وابسته به ترکیب و ضخامت مواد از طریق آن عبور می کند پرتو است، و این شکل نهایی از منحنی طیف کم انرژی را تعیین میکند.

KV نفوذ

بخش انرژی بالا از طیف ولتاژ لوله اشعه ایکس در کیلوولت (کیلو ولت) تعیین می کند. دلیل این است که انرژی الکترون از رسیدن به آند تعیین و فوتون می پتانسیل را دارند که بیشتر از این. تحت هر ولتاژ در حال اجرا لوله اشعه ایکس؟ حداکثر انرژی فوتون مربوط به حداکثر اعمال بالقوه. این ولتاژ ممکن است در طول قرار گرفتن در معرض توجه به شبکه جریان متناوب متفاوت است. در این مورد، E ولتاژ پیک _حداکثر توسط فوتون نوسان دوره KV _ص تعیین می _شود.

کوانتوم بالقوه بیشتر، KV _ص تعیین میزان اشعه تولید شده توسط یک عدد داده شده از الکترون رسیدن به آند. از آنجا که بهره وری کل تابش تابش ترمزی توسط الکترون حادثه افزایش انرژی، که تعیین KV _ص افزایش یافته _است، این به معنی این است که _p KV همان بهره وری از دستگاه تاثیر می گذارد.

تغییر KV _ص، معمولا طیف را تغییر دهد. مساحت کل زیر منحنی انرژی نشان دهنده تعداد فوتون. طیف فیلتر نشده یک مثلث، و میزان تابش نسبت به KV مربع است. در حضور فیلتر نیز افزایش می دهد KV افزایش نفوذ فوتون، که باعث کاهش درصد از تابش فیلتر شده است. این امر منجر به افزایش عملکرد تابش.

ویژگی تشعشعی

نوع تعامل است که به تولید تابش مشخصه شامل برخورد با سرعت بالا با الکترون مداری. تعامل تنها می تواند انجام گیرد که بخشی E از _ذرات تا بیشتر از انرژی اتصال یک اتم است. هنگامی که این شرایط ملاقات کرده است، و که یک برخورد وجود دارد، الکترون زدم. این برگ باز، پر شده توسط ذرات سطح انرژی بالاتر است. همانطور که ما حرکت الکترون انرژی ساطع در قالب فوتون اشعه ایکس می دهد. آن را به نام تابش مشخصه، از E فوتون مشخصه عنصر شیمیایی که از آن آند ساخته شده است. برای مثال، وقتی یک الکترون زدم K تنگستن _اتصال لایه با E = 69.5 کو، جای خالی با یک الکترون از _{ارتباطات} در سطح L با E = 10.2 کو پر شده است. مشخصه فوتون اشعه ایکس انرژی به تفاوت بین این دو سطح، و یا 59.3 کو برابر است.

در واقع، مواد آند منجر به تعدادی از انرژی های اشعه ایکس مشخصه. این اتفاق می افتد زیرا الکترون در سطوح مختلف انرژی (K، L، و غیره) را می توان زدم بمباران ذرات و جای خالی ممکن است با انواع سطوح انرژی پر شده است. در حالی که جای خالی L-سطح تولید فوتون ها و انرژی خود را برای استفاده در تصویربرداری تشخیصی خیلی کوچک است. هر انرژی مشخصه داده شده است یک طراحی که نشان می دهد مداری، در جایی که یک جای خالی، با شاخص است که یک منبع الکترون مورد نیاز را نشان می دهد. آلفا (α) نشان دهنده شاخص از پر کردن الکترون از سطح L، و بتا (β) نشان می دهد که سطح پر از M یا N.

• تنگستن طیف. تابش مشخصه از فلز تولید یک طیف خطی متشکل از چندین انرژی گسسته و ترمز تولید توزیع پیوسته. تعداد فوتون ایجاد شده توسط هر یک از انرژی مشخصه، مشخص در که احتمال پر کردن جای خالی K-سطح بستگی به مداری.
• مولیبدن طیف. آند از این فلز مورد استفاده برای ماموگرافی، تولید دو به اندازه کافی شدید مشخصه انرژی اشعه ایکس: K-آلفا در 17.9 کو و K-بتا در 19.5 کو. محدوده بهینه از لوله های اشعه ایکس، که اجازه می دهد تا برای رسیدن به بهترین تعادل بین کنتراست و دوز تابش به طور متوسط اندازه پستان به دست آورد در E = _P kev 20 تا. با این حال تابش ترمزی تولید انرژی بیشتر. در تجهیزات ماموگرافی برای از بین بردن قسمت های ناخواسته از طیف مورد استفاده از فیلتر مولیبدن است. فیلتر نسخهها کار در اصل از «K-لبه". آن را جذب تابش در الکترون اضافی اتصال انرژی در اتم مولیبدن در سطح K.
• طیف رودیوم. رادیوم است عدد اتمی 45 و مولیبدن - 42. بنابراین، ویژگی اشعه X از یک آند رودیوم یک انرژی کمی بیشتر از آن مولیبدن و نفوذ بیشتری دارند. این است که برای تصویربرداری سینه های متراکم استفاده می شود.

آند با مساحت سطح دو، مولیبدن، رودیوم، اپراتور را قادر به انتخاب یک توزیع بهینه سازی شده برای سینه از اندازه و تراکم های مختلف.

اثر بر روی KV طیف

ارزش KV تا حد زیادی تحت تاثیر قرار می تابش مشخصه، به عنوان مثال. K. آن تولید نمی شود اگر KV کمتر الکترون سطح K-انرژی است. هنگامی که KV بیش از این مقدار آستانه، مقدار تابش به طور کلی به تفاوت و آستانه KV KV لوله متناسب است.

طیف انرژی فوتون های پرتو اشعه ایکس ساطع شده از دستگاه که توسط عوامل متعددی تعیین می شود. به عنوان یک قاعده، آن را از تابش ترمزی و تعامل ویژگی تشکیل شده است.

ترکیب نسبی طیف بستگی به ماده آنود، KV و فیلتر دارد. در یک لوله با آند آند تنگستن، پرتو مشخصه در KV <69.5 keV شکل نمی گیرد. در مقادیر بالاتر CV که در مطالعات تشخیصی استفاده می شود، تابش مشخصه تابش کل را به 25٪ افزایش می دهد. در دستگاه های مولیبدن، این می تواند بیشتر از کل تولید را تشکیل دهد.

کارایی

تنها بخش کوچکی از انرژی که توسط الکترون به دست می آید به اشعه تبدیل می شود. قسمت اصلی جذب شده و به گرما تبدیل می شود. بهره وری تابش به عنوان کسری از کل انرژی تابشی از کل انرژی الکتریکی تامین شده به آنز تعریف شده است. فاکتورهایی که کارایی لوله ی اشعه ایکس را تعیین می کنند، ولتاژ KV اعمال شده و عدد اتمی Z است. نسبت تقریبی به شرح زیر است:

• کارایی = KV x Zx 10 ^-6 .

رابطه بین بازده و KV به تأثیر کاربرد خاصی از تجهیزات اشعه ایکس تاثیر خاصی دارد. با توجه به تولید گرما، لوله ها دارای مقدار مشخصی از انرژی الکتریکی هستند که می توانند از بین بروند. این یک محدودیت در قدرت دستگاه است. با افزایش KV، مقدار تابش تولید شده در واحد گرما به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

وابستگی کارایی تولید نسل اشعه ایکس بر ترکیب آنودا تنها از نظر علمی است، زیرا اکثر دستگاه ها از تنگستن استفاده می کنند. استثنائات مولیبدن و رودیوم است که در ماموگرافی استفاده می شود. کارایی این دستگاه ها بسیار کمتر از تنگستن به علت تعداد اتمی پایین آنها است.

اثربخشی

بهره وری از لوله اشعه ایکس به عنوان مقدار تابش در میلی ریال منتقل شده به نقطه ای در مرکز پرتو مفید در فاصله 1 متر از نقطه کانونی برای هر 1 میلی آمپر الکترونی عبور از ابزار تعریف شده است. ارزش آن بیانگر توانایی دستگاه برای تبدیل انرژی ذرات باردار به اشعه ایکس است. به شما امکان می دهد تا نوردهی بیمار و تصویر را تعیین کنید. همانند بهره وری، کارایی دستگاه بستگی به تعدادی از عوامل، از جمله KV، شکل موج ولتاژ، مواد آند و درجه آسیب به سطح آن، فیلتر و زمان استفاده از دستگاه است.

KV کنترل

ولتاژ KV به طور موثر تابش خروجی از لوله اشعه ایکس را کنترل می کند. به عنوان یک قاعده، فرض بر این است که خروجی متناسب با مربع KV است. دو برابر شدن KV باعث افزایش بازدهی 4 برابر می شود.

شکل موج

شکل موج توضیح می دهد که چگونه KV در طول تولید تابش به دلیل ماهیت چرخه منبع تغذیه تغییر می کند. چندین شکل موج مختلف استفاده می شود. اصل کلی این است: شکل کوچکتر KV، تولید پرتوهای اشعه X کارآمدتر است. در تجهیزات مدرن، ژنراتورهای با نسبتا ثابت KV استفاده می شوند.

لوله های اشعه ایکس: تولید کنندگان

Oxford Instruments دستگاه های مختلفی را شامل می شود که شامل شیشه های تا 250 وات، پتانسیل 4 تا 80 کیلو ولت، نقطه کانونی تا 10 میکرون و طیف وسیعی از مواد آند، از جمله Ag، Au، Co، Cr، Cu، Fe، Mo، Pd، Rh، Ti، W.

Varian ارائه می دهد بیش از 400 نوع مختلف از لوله های اشعه ایکس پزشکی و صنعتی است. دیگر تولید کنندگان شناخته شده Dunlee، GE، Philips، Shimadzu، زیمنس، توشیبا، IAE، Hangzhou Wandong، Kailong و دیگران هستند.

در روسیه، لوله های اشعه ایکس "Svetlana-Rentgen" تولید می شوند. علاوه بر دستگاه های سنتی با یک آند آندرومدا و متحرک، این شرکت سازنده دستگاه های با کاتد سرد است که توسط یک جریان نور کنترل می شود. مزایای دستگاه عبارتند از:

• کار در حالت های مداوم و پالس؛
• عدم تحرک؛
• تنظیم شدت فعلی LED؛
• خلوص طیف؛
• امکان به دست آوردن اشعه ایکس با شدت های مختلف.