Som røntgenrør arbejde?

Røntgenstråler genereret ved omdannelse af energien af elektronerne til fotoner, som forekommer i røntgenrøret. Mængde (eksponering) og kvalitet (spektrum) stråling kan justeres ved at ændre strøm, spænding og tid af instrumentet.

virkemåde

Røntgenrør (foto givet i artiklen) er energiomdannere. De modtager det fra netværket og omdannes til andre former - gennemtrængende stråling og varme, er sidstnævnte en uønsket biprodukt. Røntgenrør indretningen, således at det maksimerer produktionen af fotoner og afleder varmen så hurtigt som muligt.

Røret er en forholdsvis enkel indretning, der typisk omfatter to grundlæggende elementer - en katode og en anode. Når strømmen strømmer fra katoden til anoden, elektronerne mister energi, hvilket fører til dannelsen af røntgenstråler.

anode

Anoden er en komponent, hvor emissionen af højenergi fotoner produceret. Dette er en relativt massiv metal element, som er forbundet til den positive pol af det elektriske kredsløb. Det har to hovedfunktioner:

• Den konverterer elektronenergien i røntgenstråling,
• Det afleder varme.

Materialet til anoden er udvalgt til at forbedre disse funktioner.

Ideelt set bør de fleste af elektronerne danner en højenergi fotoner, snarere end varme. Forholdet mellem den samlede energi, som omdannes til røntgenstråling (COP) afhænger af to faktorer:

• atomnummer (Z) af anodematerialet,
• elektronenergi.

I de fleste røntgenrør som et materiale af anoden anvendes wolfram, hvis atomnummer er lig med 74. Ud over den store Z, dette metal har visse andre karakteristika, som gør den velegnet til dette formål. Wolfram er enestående i sin evne til at opretholde styrke, når det opvarmes, har et højt smeltepunkt og en lav fordampningshastighed.

I mange år, er anoden lavet af ren wolfram. I de seneste år, begyndte vi at bruge denne metallegering med rhenium, men kun på overfladen. Self anode under wolfram-rhenium belægning lavet af let materiale, god varme-lagring. To af disse stoffer er molybdæn og grafit.

X-ray tube til mammografi, er lavet med anoden, belagt med molybdæn. Dette materiale har en mellemliggende atomnummer (Z = 42), som genererer fotoner med karakteristisk energi, egnet til optagelse brystet. Nogle mammografi enheder har også en anden anode, dannet af rhodium (Z = 45). Dette gør det muligt at øge energi og opnå større penetration for tætte bryster.

Anvendelsen af wolfram-rhenium legering forbedrer den langsigtede stråling udgang - med tiden effektivitet enheder med anode fremstillet af ren wolfram er reduceret som følge af termisk skade på overfladen.

De fleste af anoden har form af de tilspidsede skiver og fastgjort til motorakslen, som roterer dem ved relativt høje hastigheder på tidspunktet for emissionen af røntgenstråler. Formålet med rotation - fjernelse af varme.

brændpunkt

Generationen del røntgen ikke hele anode. Det sker i et lille område af dens overflade - brændpunktet. Dimensioner sidste bestemt størrelse af elektronstrålen kommer fra katoden. I de fleste af det har en rektangulær form varierer inden 0,1-2 mm enheder.

X-ray tube design med en vis størrelse af brændpunktet. Jo mindre den er, jo mindre motion blur og højere skarphed, og hvad mere er, jo bedre varmeafledning.

Focal spot størrelse er en faktor, der skal overvejes, når du vælger den røntgenrøret. Producenter producere enheder med små brændpunkt, hvor det er nødvendigt for at opnå høj opløsning og lille nok stråling. For eksempel er det nødvendigt i studiet af små og sarte dele af kroppen som i mammografi.

X-ray tube primært producerer fokale pletter med to størrelser - store og små, som kan vælges af operatøren i overensstemmelse med den billeddannende procedure.

katode

Den vigtigste funktion af katoden - at generere elektroner og indsamling heraf i en stråle rettet mod anoden. Den består i almindelighed af en lille spiral tråd (filament) indlejret i en kopformet fordybning.

Elektroner passerer gennem kredsløbet kan normalt ikke forlade dirigenten og efterlade en ledig plads. Men de kan gøre det, hvis de får nok energi. I en proces kendt som termisk emission, den varme, der anvendes til at uddrive de elektroner fra katoden. Dette bliver muligt, når trykket i et evakueret røntgenrør når 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. Art. Garnet opvarmes på samme måde som en spiral glødelampe ved at passere en strøm derigennem. Arbejde katodestrålerøret er ledsaget af opvarmning til en temperatur luminescens forskydning termisk energi heraf elektronerne.

ballon

Anoden og katoden er indeholdt i et forseglet hus - cylinder. Ballonen og dens indhold er ofte omtalt som en indsats, der har en begrænset levetid og kan udskiftes. X-ray tube har generelt en glaskugle, skønt metal- og keramiske cylindre anvendes til nogle anvendelser.

Den vigtigste funktion er at understøtte beholderen og isolering af anoden og katoden, og opretholdelse af vakuum. Trykket i den evakuerede røntgenrør ved 15 ° C er 1,2 x 10 ^-3 Pa. Tilstedeværelsen af gas i tanken ville tillade elektricitet til at strømme gennem indretningen frit, ikke kun i form af en elektronstråle.

boliger

Røntgenrør apparat, således at der ud over indelukket og støtte af andre komponenter, det tjener som et skjold krop og absorberer strålingen, bortset fra den nyttige stråle passerer gennem vinduet. Dens relativt store eksterne overflade forsvinder det meste af varmen dannet i indretningen. Mellemrummet mellem skallen og indsatsen er fyldt med olie, der giver isolering og afkøling.

kæde

Det elektriske kredsløb forbinder telefonen til en strømkilde, som kaldes en generator. Kilde strømforsynes fra netværket og konverterer vekselstrømmen til jævnstrøm. Generatoren giver dig også mulighed for at justere nogle parametre i kæden:

• KV - spænding eller elektriske potentiale;
• MA - strøm, som strømmer gennem røret;
• S - varighed eller eksponeringstid, i brøkdele af et sekund.

Kredsløbet tilvejebringer bevægelse af elektroner. De er sigtet for energi, der passerer gennem generatoren, og give det til anoden. Som deres bevægelse opstår to transformationer:

• elektrisk potentiel energi omdannes til kinetisk energi;
• kinetisk på sin side omdannes til røntgenstråling og varme.

potentiale

Når elektronerne ankommer i kolben, de besidder potentiel elektrisk energi, som er bestemt af mængden af KV spænding mellem anoden og katoden. X-ray tube blev drevet ved en spænding for at generere 1 KV som hver partikel skal have 1 keV. Ved at justere KV, operatøren giver hver elektron er en vis mængde energi.

kinetik

Lave tryk i en evakueret røntgenrør (ved 15 ° C er det 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. V.) Gør partiklerne under indvirkning af emission og termoionisk elektrisk kraft udsendt fra katoden til anoden. Denne kraft accelererer dem, hvilket resulterer i øget hastighed og kinetisk energi og potentiel nedadgående. Når en partikel lander på anoden, er dets potentiale tabt, og alle dens energi omdannes til kinetisk energi. 100 keV elektron når en hastighed større end halvdelen lysets hastighed. Rammer overfladen af partiklen er aftagende meget hurtigt og mister deres kinetiske energi. Hun vender for røntgenstråler eller varme.

Elektroner kommer i kontakt med de enkelte atomer i anodematerialet. Stråling, som deres interaktion med orbitaler (røntgenfotoner), og med en kerne (bremsstrahlung).

bindingsenergi

Hver elektron i et atom har en vis bindingsenergi, som afhænger af størrelsen af sidstnævnte og det niveau, hvor partiklen befinder sig. Bindingsenergien spiller en vigtig rolle i dannelsen af de karakteristiske røntgenstråling og er nødvendig for at fjerne en elektron fra et atom.

bremsstrahlung

Bremsestråling producerer det største antal fotoner. Elektronerne trænger ind i anodematerialet og strækker sig tæt til kernen, afbøjes og decelereres tyngdekraften atom. Deres energi tabt under dette møde vises i form af X-ray foton.

række

Kun få fotoner har en energi tæt på elektron energi. De fleste af dem er det lavere. Antag, at der er et mellemrum eller felt, der omgiver kernen, hvor elektroner erfaring kraft "inhibering". Dette felt kan opdeles i zoner. Dette giver et billede af feltkerne af målet atom i midten. Elektronisk falder overalt i målet nedbremses og genererer en X-ray foton. Partikler, der falder tættest på midten, er mest udsat, og derfor taber mest energi, der producerer meget høj energi fotoner. Elektroner ind i den ydre zone oplever en svag interaktion og generere fotoner med lavere energi. Selvom området har samme bredde, at de har et andet område, afhængigt af afstanden fra kernen. Da antallet af partikler hændelse på zonen, afhænger af dens samlede areal, er det indlysende, at den eksterne område fange flere elektroner og forårsage flere fotoner. energi røntgenspektrum kan forudsiges ved denne model.

E _max fotoner main bremsstrahlung spektrum svarende til _Emax elektroner. Under dette punkt, med faldende foton energi øger deres antal.

Et betydeligt antal af fotoner med lav energi, der absorberes eller filtreres, som de forsøger at passere gennem overfladen af anoden rør eller kasse filter. Filtrering er generelt afhængig af sammensætning og tykkelse af materialet gennem hvilken strålen passerer, og dette bestemmer den endelige form af lavenergi-spektret kurve.

indflydelse KV

Højenergi-del af spektret bestemmer spænding røntgenrør i kV (kilovolt). Dette er fordi det bestemmer energien af elektroner der når anoden, og fotoner kan ikke have potentiale større end dette. Under enhver spænding kørende røntgenrør? Den maksimale fotonenergi svarer til den maksimale påførte potentiale. Denne spænding kan variere under udsættelse på grund af den vekselstrømmen netværk. I dette tilfælde, _Emax spidsspænding bestemt ved foton oscillation periode KV _s.

Yderligere potentiel kvanter, KV _p bestemmer mængden af stråling frembragt af et givet antal af elektroner der når anoden. Eftersom den samlede effektivitet af bremsstrahlung stråling forøges med de indfaldende elektron energi stiger, som bestemmes KV _p, indebærer dette, at KV _p påvirker effektiviteten af indretningen.

Skiftende KV _p, sædvanligvis ændre spektret. Det samlede areal under den energi kurve repræsenterer antallet af fotoner. Ufiltreret spektrum er en trekant, og mængden af stråling i forhold til kvadratet KV. I nærvær af filteret øger også KV stigning penetration af fotoner, som reducerer procentdelen af den filtrerede stråling. Dette fører til forøget udbytte stråling.

karakteristisk stråling

Den type af interaktion, der genererer den karakteristiske stråling omfatter højhastighedstog kollision med orbital elektroner. Interaktion kan kun ske, når en del E i _partiklen har større end bindingsenergien af et atom. Når denne betingelse er opfyldt, og der er en kollision, elektronen er slået ud. Dette efterlader åben stilling, fyldt af partiklen et højere energiniveau. Som vi bevæger elektronen giver energi, der udsendes i form af X-ray foton. Det kaldes den karakteristiske stråling, eftersom E er fotonen karakteristiske grundstof hvorfra anoden er fremstillet. For eksempel, når en elektron slås K wolfram lag _forbindelse med E = 69,5 keV, er ledig fyldt med en elektron fra L-niveau _{kommunikation} med E = 10,2 keV. Karakteristisk røntgen foton har energi svarende til forskellen mellem de to niveauer, eller 59,3 keV.

Faktisk anodematerialet fører til et antal karakteristiske røntgenenergier. Dette sker, fordi elektroner ved forskellige energiniveauer (K, L, etc.) kan bankede bombardere partikler og de ledige stillinger kan være fyldt med forskellige energiniveauer. Mens ledige stillinger L-niveau genererer fotoner og deres energi er for små til brug i diagnostisk billeddannelse. Hver karakteristisk energi afgives en betegnelse, som angiver orbital, hvor en ledig stilling, med et indeks, som viser en elektronkilde påkrævet. alpha (α) betegner indekset for påfyldning elektron fra L-niveau, og beta (β) angiver fyldningsgraden af M eller N.

• Spectrum wolfram. Den karakteristiske stråling af metallet frembringer en lineær spektrum bestående af flere diskrete energier og bremsning frembringer kontinuert fordeling. Antallet af fotoner skabt af hver karakteristisk energi, kendetegnet ved, at sandsynligheden for at fylde den ledige K-niveau afhænger af den orbitale.
• Spectrum molybdæn. Anoderne i dette metal anvendes til mammografi, producerer to tilstrækkeligt intens karakteristisk røntgen energi: K-alpha ved 17,9 keV og K-beta på 19,5 keV. Det optimale område af røntgenrør, som gør det muligt at opnå den bedste balance mellem kontrast og bestrålingsdosis for den gennemsnitlige bryststørrelse gennemføres på E _p = 20 keV. Men bremsestråling producere mere energi. I mammografi udstyr for at fjerne uønskede dele af spektret anvendes molybdæn filter. Filteret fungerer på princippet om «K-kant." Det absorberer stråling i overskydende elektron bindingsenergi på K-niveau molybdænatom.
• Spektret af rhodium. Rhodium har atomnummer 45, og molybdæn - 42. Derfor vil de karakteristiske røntgenbilleder af en rhodium anode have en lidt højere energi end den for molybdæn og mere gennemtrængende. Det bruges til billeddannelse tætte bryster.

Anoder med dobbelte overfladearealer, molybdæn, rhodium, gøre det muligt for føreren at vælge en fordeling optimeret til brysterne af forskellig størrelse og densitet.

Virkningen på spektret KV

KV værdi i høj grad påvirker den karakteristiske stråling, dvs.. K. Det vil ikke blive produceret hvis mindre KV K-energi niveau elektroner. Når KV overstiger denne tærskelværdi, mængden af stråling er generelt proportional med forskellen og tærsklen KV rør KV.

Energispektret af fotoner med røntgenstrålen udsendes fra indretningen bestemmes af flere faktorer. Som regel består det af bremsstrahlung og den karakteristiske interaktion.

Den relative sammensætning af spektret afhænger af anodematerialet, KV og filter. I et rør med en wolfram anode emission kendetegn ikke dannes ved KV <69,5 keV. Ved højere værdier af HF anvendes i diagnostiske undersøgelser, karakteristisk stråling øger den samlede stråling til 25%. De molybdæn anordninger, det kan nå en stor del af den samlede produktionskapacitet.

effektivitet

Kun en lille del af energien leveres af elektronerne omdannes til stråling. Hovedfraktionen absorberes og omdannes til varme. stråling effektivitet er defineret som den brøkdel af den samlede udstrålede effekt fra General Electric bibringes anode. De faktorer, som bestemmer effektiviteten af røntgenrøret påføres spænding KV og atomnummer Z. omtrentlige forhold af følgende:

• Effektivitet = KV x Z x 10 ^-6.

Forholdet mellem effektivitet og KV har en specifik virkning på den praktiske anvendelse af røntgenudstyr. På grund af varmeudviklingen af røret har en begrænsning på antallet af el, som de kan sprede. Det pålægger kapaciteten af grænsen enheden. Med stigende KV, men mængden af stråling ved en af varme øger.

Afhængigheden af effektiviteten af X-ray generation på sammensætningen af anoden er kun af akademisk interesse, fordi de fleste enheder bruges wolfram. En undtagelse er molybdæn og rhodium, der anvendes i mammografi. Effektiviteten af disse indretninger er signifikant lavere for wolfram på grund af deres lavere atomnummer.

effektivitet

Effektivitet røntgenrør er defineret som mængden af bestråling millirentgenah leveret til et punkt i midten af det nyttige stråle i en afstand af 1 m fra brændpunktet for hver 1 Mas elektroner passerer gennem indretningen. Dens værdi repræsenterer indretningens evne til at omdanne energien i de ladede partikler i røntgenstråling. Det giver dig mulighed for at bestemme eksponeringen af patienten, og øjebliksbilledet. Som effektivitet, indretningens effektivitet afhænger af flere faktorer, herunder KV, den spændingsbølgeform, anodematerialet og graden af overfladen beskadigelse af filterindretningen og tidspunktet for anvendelse.

KV-ledelse

Spænding KV røntgenrør effektivt kontrollerer output stråling. Som regel er det antaget, at produktionen er proportional med kvadratet på KV. Fordobling KV eksponering øges 4 gange.

bølgeform

Bølgeformen beskriver den metode, som KV varierer med tiden under frembringelsen af stråling på grund af den cykliske karakter af magt. Anvendes flere forskellige kurver. Det generelle princip er: jo mindre ændring i formen KV er røntgenstråling produceres effektivt. Den moderne udstyr, der anvendes generatorer med relativt konstant KV.

Røntgenrør: Producenter

Oxford Instruments Company fremstiller forskellige enheder, herunder glas, magt til 250 W, 4-80 kV potentiale, brændpunktet 10 mikron og en bred vifte af anodematerialer, t. H. Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh, Ti, W.

Varian tilbyder over 400 forskellige typer af medicinske og industrielle røntgenrør. Andre kendte producenter er Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong et al.

I Rusland produceret røntgenrør "Svetlana-Roentgen". Udover traditionelle indretninger med roterende og stationære anode virksomhed fremstiller indretninger af den kolde katode lysstrøm kontrolleret. Fordele ved følgende enheder:

• arbejde i en kontinuerlig og puls modes;
• fravær af inerti;
• regulering af intensiteten af LED strøm;
• renhed spektrum;
• muligheden for røntgenstråling af varierende intensitet.