כמו צינורות רנטגן לעבוד?

צילומי רנטגן שנוצר על ידי המרת האנרגיה של האלקטרונים כדי פוטונים, אשר מתרחשת בצינור רנטגן. כמות (חשיפה) ואיכות (ספקטרום) קרינה יכולות להיות מותאמת על ידי שינוי, המתח והשעה הנוכחיים של המכשיר.

עקרון הפעולה

רנטגן צינורות (צילום נתון במאמר) הם ממירים אנרגיה. הם מקבלים אותה מהרשת והוסבו צורות אחרות - חודר קרינה וחום, שהאחרון הוא תוצר לוואי בלתי רצוי. רנטגן מכשיר צינור כזה שהוא ממקסם את הייצור של פוטונים מתפוגג החום מהר ככל האפשר.

הצינור הוא מכשיר פשוט יחסית, בדרך כלל מורכב משני אלמנטים בסיסיים - קתודה לבין האנודה. כאשר הזרם זורם מן הקתודה אל האנודה, האלקטרונים מאבדים אנרגיה, אשר מוביל את הדור של צילומי רנטגן.

האנודה

האנודה הוא מרכיב, שבה פליטת פוטונים באנרגיה גבוהה מיוצרת. זהו אלמנט מתכת מסיבי יחסית אשר מחובר אל הקוטב החיובי של המעגל החשמלי. יש לו שני תפקידים עיקריים:

• הוא ממיר את האנרגיה אלקטרון לתוך קרינת רנטגן,
• הוא מפיץ חום.

החומר עבור האנודה נבחר כדי לשפר את הפונקציות האלה.

באופן אידיאלי, רוב האלקטרונים צריכים ליצור פוטונים בעלי אנרגיות גבוהות, ולא חום. יחס של אנרגיה הכוללת, אשר מומרת X-קרינה (COP) תלוי בשני גורמים:

• מספר אטומי (Z) של חומר האנודה,
• האנרגיה אלקטרון.

בשנת הצינורות רנטגן ביותר כחומר של טונגסטן בשימוש האנודה, אשר מספר אטומי שווה 74. בנוסף Z הגדול, יש מתכת זו מאפיינים מסוימים אחרים אשר הופכים אותו מתאים למטרה זו. טונגסטן הוא ייחודי ביכולתו לשמור על כוחו כאשר מחומם, יש נקודת התכה גבוהה ושיעור נמוך אידוי.

במשך שנים רבות, האנודה עשויה טונגסטן טהור. בשנים האחרונות, התחלנו להשתמש סגסוגת מתכת זו עם רניום, אבל רק על פני השטח. האנודה עצמי תחת ציפוי טונגסטן-רניום עשוי מחומר קל, אחסון-חום טוב. שני חומרים כאלה הם מוליבדנום גרפיט.

הצינור רנטגן המשמש ממוגרפיה, הוא עשה עם האנודה, מצופה מוליבדן. חומר זה מספר אטום ביניים (Z = 42), אשר מייצר פוטונים עם אנרגיה אופיינית, מתאים הקלטת חזה. מכשירים מסוימים ממוגרפיה יש גם האנודה שני, נוצר רודיום (Z = 45). זה מאפשר להגדיל אנרגיה ולהשיג חדירה גדולה יותר עבור רקמת שד צפופה.

השימוש סגסוגת-רניום טונגסטן משפר את התפוקה קרינה ארוכת טווח - עם התקנים יעילות זמן עם האנודה עשויה טונגסטן טהור מצטמצם בשל נזק תרמי אל פני השטח.

רוב האנודה יש צורה של הדיסקים המחודדים קבוע את ציר המנוע, אשר מסתובב להם במהירויות גבוהות יחסית בעת פליטת קרן הרנטגן. מטרת הסיבוב - הסרת החום.

במקום מוקד

החלק הדור רנטגן לא האנודה כולו. היא מתרחשת באזור קטן של פני השטח שלה - במקום מוקד. המידות אחרונה נקבעה גודל של אלומת האלקטרונים המגיעה הקתודה. ברוב יש לו צורה מלבנית משתנה בתוך 0.1-2 התקנים מ"מ.

עיצוב הצינור רנטגן בגודל מסוים של המקום מוקד. את קטן זה, את ההצעה לטשטש פחות חדות גבוהה, ומה יותר, פיזור חום טוב יותר.

גודל נקודת מיקוד היא גורמת שיש לקחת בחשבון בעת בחירת צינור רנטגן. תעשיינים לייצר מכשירים עם נקודה קטנה מוקד, שבו יש צורך להשיג ברזולוציה גבוהה וקרינה מספיק קטנה. לדוגמה, הוא נדרש בחקר חלקים קטנים ועדינים של הגוף כמו ממוגרפיה.

צינור רנטגן בעיקר לייצר נקודות מוקד עם בשני גדלים - גדולים וקטנים, אשר ניתן לבחור על ידי המפעיל בהתאם לנוהל להרכיב התמונה.

קתודה

עיקר תפקידם של הקתודה - כדי ליצור אלקטרונים ואיסוף אותם לתוך קרן מופנית אל האנודה. זה בדרך כלל מורכב חוט ספירלה קטן (נימה) מוטבע פגרת גביע בצורה.

האלקטרונים עוברים במעגל לא יכול בדרך כלל להשאיר המנצח ולהשאיר מקום פנוי. עם זאת, הם יכולים לעשות את זה, אם הם מקבלים מספיק אנרגיה. בתהליך המכונה פליטה תרמית, החום היה מגרשת האלקטרונים מן הקתודה. זה הופך אפשרי כאשר הלחץ בצינור רנטגן פונה מגיע 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. אמנות. החוט מחומם באותו אופן כמו מנורת להט ספירלה על ידי העברת therethrough נוכחי. צינור עבודת קרן קתודית מלווה על ידי חימום על אנרגית תרמית עקירת הארת הטמפרטורה מהן האלקטרונים.

בלון

האנודה ואת הקתודה מוכלים דיור אטומה - גליל. הבלון ותוכנו מכונים לעתים קרובות כתוספת, אשר יש אורך חיים מוגבל והוא יכול להיות מוחלף. צינור רנטגן בדרך כלל יש נורת זכוכית, למרות גלילי מתכת, קרמיקה המשמשים ליישומים מסוימים.

עיקר תפקידם הוא לתמוך מיכל ובידוד של האנודה ואת הקתודה, ואקום שמירה. הלחץ בצינור רנטגן בצפת בכפר 15 ° C הוא 1.2 × 10 ^-3 אבא. הנוכחות של גז במכל תאפשר חשמל לזרום דרך המכשיר בחופשיות, לא רק בצורה של אלומת אלקטרונים.

דיור

מנגנון שפופרת רנטגן כך, בנוסף המתחם והתמיכה של רכיבים אחרים, היא משמשת כגוף מגן סופג את הקרינה, למעט הקרן השימושית עוברת דרך החלון. המשטח החיצוני גדול יחסית מתפוגג רוב החום שנוצר במכשיר. החלל בין הקליפה ואת הכנס מלא שמן המספק בידוד וקירור אותו.

שרשרת

במעגל החשמלי המחבר את הטלפון למקור חשמל, אשר נקרא מחולל. מקור מופעל מהרשת וממיר זרם חילופין לכוון הנוכחי. מחולל גם מאפשר לך להתאים כמה פרמטרים של הרשת:

• KV - מתח או פוטנציאל חשמלי;
• MA - נוכחי אשר זורם דרך הצינור;
• S - זמן משך או חשיפה, שברים של שני.

המעגל מספק את התנועה של אלקטרונים. הם טעונים באנרגיה, עוברים דרך גנרטור, ולתת לו את האנודה. כפי תנועתם מתרחש שתי טרנספורמציות:

• אנרגיה פוטנציאלית חשמלית מומרת לאנרגיה קינטית;
• קינטי, בתורו, מומר קרינה וחום רנטגן.

פוטנציאל

כאשר האלקטרונים מגיעים בבקבוק, הם בעלי אנרגיה חשמלית פוטנציאל, אשר נקבע על ידי כמות מתח KV בין האנודה ואת הקתודה. צינור רנטגן נותח בבית מתח כדי לייצר 1 KV שבה כל חלקיק חייב להיות 1 keV. על ידי התאמת KV, המפעיל נותן לכל אלקטרון הוא כמות מסוימת של אנרגיה.

קינטיקה

לחץ נמוך בצינור רנטגן פונה (ב 15 ° C הוא 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. V.) מאפשר חלקיקים תחת הפעולה של פליטה וכוח חשמלי תרמיונית הנפלטים מן הקתודה אל האנודה. כוח זה מאיץ אותם, וכתוצאה מכך מהירות מוגברת והאנרגיה הקינטית יורד פוטנציאל. כאשר חלקיק נוחת על האנודה, הפוטנציאל שלה הוא איבד, וכל האנרגיה שלו הופכת לאנרגיה קינטית. אלקטרון 100-keV מגיע למהירות יותר ממחצית מהירות אור. הכאת השטח של החלקיקים הוא מאיט מאוד מהר ולאבד אנרגיה קינטית שלהם. היא פונה צילומי רנטגן או חום.

האלקטרונים לבוא במגע עם אטומים בודדים של חומר האנודה. קרינה שנוצרה על ידי האינטראקציה שלהם עם אורביטלים (פוטוני רנטגן), ועם ליבה (קרינת בלימה).

אנרגיה מחייבת

יש אלקטרון אחד באטום אנרגיה מחייב מסוים, אשר תלוי בגודל של האחרון ואת הרמה שבה החלקיק נמצא. האנרגיה מחייבת ממלאת תפקיד חשוב בדור של קרן ה- X מאפיין והוא נדרש להסיר אלקטרון מאטום.

קרינת בלימה

קרינת בלימה מייצרת את המספר הגדול ביותר של פוטונים. האלקטרונים לחדור לתוך חומר האנודה והארכת קרוב לגרעין, מוסח ו האטה אטום כוח הכבידה. האנרגיה שלהם אבדה במהלך פגישה זו מופיעה בצורה של פוטון רנטגן.

מגוון של

רק למעטים יש פוטונים קרובים אנרגיה לאנרגיה אלקטרונים. חלק גדול מהם הוא נמוך. יניח כי קיים חלל או שדה סביב הליבה, שבו כוח ניסיון האלקטרונים "העיכוב". שדה זה יכול להיות מחולק לאזורים. זה נותן תצוגה של הליבה בתחום אטום היעד במרכז. אלקטרונית נופלים בכל מקום היעד הוא ואט ומייצר פוטון רנטגן. חלקיקים הנופלים קרובים במרכז, הנחשפים ביותר ולכן מאבדים את רוב האנרגיה, ייצור פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה מאוד. האלקטרונים להיכנס לאזור החיצוני חוו אינטראקציה חלשה וליצור פוטונים של אנרגיה נמוכה. למרות שהשטח יש רוחב הזהה, כי יש להם שטח שונה בהתאם למרחק מן הגרעין. מאחר שמספר אירוע חלקיקים על האזור, תלוי השטח הכולל שלה, ברור כי באזור החיצוני ללכוד יותר אלקטרונים ולגרום יותר פוטונים. ניתן לחזות אנרגיה הספקטרום רנטגן ידי מודל זה.

E פוטוני _מקס ספקטרום קרינת בלימה עיקרית מתאים אלקטרוני E _מקס. מתחת לנקודה זו, עם הפחתת אנרגיית פוטון מגדילה את מספרם.

מספר לא מבוטל של פוטונים של אנרגיה נמוכה נספג או מסונן, כשהם מנסים לעבור דרך השטח של הצינור האנודה או מסנן תיבה. הסינון תלוי בדרך כלל על הרכב ועובי החומר שדרכו הקורה עובר, וזה מקובע את הצורה הסופית של עקומת ספקטרום האנרגיה הנמוכה.

השפעת KV

החלק באנרגיה גבוהה של הספקטרום קובע את צינורות רנטגן מתח ב ק ו (קילוולט). זאת, משום שהיא קובעת את האנרגיה של האלקטרונים לכת האנודה, ופוטונים לא יכול יש פוטנציאל גדול יותר מזה. תחת כל שפופרת רנטגן ריצת מתח? אנרגיית פוטון המרבית התואמת את הפוטנציאל להחיל מקסימלית. מתח זה עשוי להשתנות במהלך חשיפה בשל רשת זרם חילופין. במקרה זה, מתח שיא _{מקסימום} E נקבע על ידי _p KV תקופת תנודת _פוטון.

קוונטים פוטנציאל נוספים, KV _p קובעת את כמות הקרינה שנוצרה על ידי מספר נתון של אלקטרונים לכת האנודה. מאז היעילות הכוללת של קרינת קרינת בלימה מוגברת על-ידי עליות אנרגית אירוע האלקטרון, אשר נקבעת KV _p, זה מרמז כי _p KV משפיע על היעילות של המכשיר.

שינוי KV _p, בדרך כלל לשנות את הספקטרום. השטח הכולל מתחת לעקומת האנרגיה מייצג את מספר הפוטונים. ספקטרום מסונן הוא משולש, ואת כמות הקרינה ביחס KV הרבוע. בנוכחות של המסנן גם מגביר את חדירת גידול KV של פוטונים, אשר מפחיתה את שיעור הקרינה המסוננת. זה מוביל תשואת קרינה מוגברת.

קרינת מאפיין

הסוג של אינטראקציה שיוצר קרינה האופיינית כולל התנגשות במהירות גבוהה עם אלקטרונים מסלולית. אינטראקציה יכולה להתרחש רק כאשר חלק E _של החלקיק יש יותר מאשר האנרגיה המחייבת של אטום. כאשר מצב זה מתקיים, ויש התנגשות, האלקטרון הוא דפק החוצה. זה משאיר פוזיציה פתוחה, מלאה ידי החלקיקים לרמת אנרגיה גבוהה יותר. ככל שאנו מתקדמים האלקטרון נותן אנרגיה הנפלטת בצורת פוטון רנטגן. זה נקרא הקרינה האופיינית, מאז E הוא היסוד הכימי האופייני הפוטון שממנו האנודה עשוי. לדוגמא, כאשר אלקטרון הוא דפק _חיבור שכבת טונגסטן K עם E = 69.5 keV, הריקנות מלאה אלקטרון מן _תקשורת L-רמה עם E = 10.2 keV. יש פוטון רנטגן אופייניים אנרגיה השווה להפרש בין שתי רמות, או 59.3 keV.

למעשה, החומר האנודה מוביל למספר של אנרגיות רנטגן אופייניות. זו מתרחשת משום אלקטרונים ברמות אנרגיה שונות (K, L, וכו ') יכולים להיות דפק הפצצת חלקיקים ואת פנויים ניתן מלאים במגוון של רמות אנרגיה. בעוד L-הרמה הפנויה מייצרת פוטוני האנרגיות שלהם הן קטנות מדי לשימוש הדמית אבחון. אנרגיה אופיינית כל נתון ייעוד אשר מציין את ההקפה, שבו חלל ריק, עם מדד שמראה מקור אלקטרונים הנדרש. (Α) אלפא מציין את האינדקס של האלקטרון מילוי מרמת L, ו בטא (β) מציין את רמת המילוי של M או N.

• טונגסטן ספקטרום. הקרינה האופיינית של המתכת מייצרת ספקטרום ליניארי המורכב מכמה אנרגיות בדידות בלימה מייצרת הפצה רציפה. מספר הפוטונים שנוצרו על ידי כל אנרגיה אופיינית, המאופיינת בכך ההסתברות של מילוי K-רמת ההתפנות תלויה מסלולית.
• מוליבדן ספקטרום. אנודות של מתכת זו משמשת ממוגרפיה, לייצר שתי האנרגיה רנטגן אופייני אינטנסיבי מספיק: K-אלפא ב 17.9 keV ואת-בטא K ב 19.5 keV. הטווח האופטימלי של צינורות רנטגן, המאפשר להשיג את האיזון הטוב ביותר בין הניגודיות מינון קרינה עבור גודל השד הממוצע שהושג ב E _p = 20 keV. עם זאת קרינת בלימה לייצר יותר אנרגיה. בשנת ציוד ממוגרפיה להסרת חלקים לא רצויים של מסנן מוליבדן בשימוש הספקטרום. המסנן פועל על העיקרון של «K-קצה." זה סופג קרינה העולה אלקטרונים מחייבים אנרגיה האטומה מוליבדן K-הרמה.
• הספקטרום של רודיום. יש רודיום מספר אטומי 45, מוליבדן - 42. לכן, קרן ה- X המאפיין של האנודה רודיום תהיה אנרגיה מעט גבוהה יותר מזה של מוליבדן מעמיק יותר. הוא משמש עבור הדמית רקמת שד צפופה.

אנודות בעלי שטח פנים כפול, מוליבדן, רודיום, לאפשר למפעיל לבחור חלוקה אופטימלית עבור שדיים בגודל וצפיפות שונים.

ההשפעה על KV הספקטרום

ערך KV משפיע על הקרינה האופיינית מאוד, כלומר. ק זה לא יופק אם אלקטרונים ברמה פחות KV K-אנרגיה. כאשר KV עולה ערך סף זה, כמות הקרינה היא מידתית כלל ההבדל ואת KV צינור הסף KV.

ספקטרום האנרגיה של פוטונים של קרן הרנטגן נפלטים מהמכשיר נקבע על ידי מספר גורמים. ככלל, זה מורכב קרינת בלימה ואת האינטראקציה המאפיינת.

הרכב יחסית של הספקטרום תלוי בחומר האנודה, KV ולסנן. בתוך צינור עם מאפיין פליטת האנודה טונגסטן לא נוצר ב KV <69,5 keV. בערכים גבוהים יותר של HF בשימוש מחקר אבחון, קרינה אופיינית מגבירה את הקרינה הכוללת 25%. מכשירי מוליבדן הוא עשוי להגיע לחלק גדול מכושר הייצור הכולל.

יעיל

רק חלק קטן של האנרגיה מועברת על ידי האלקטרונים מומרים קרינה. השבר המרכזי נספג מומרת לחום. יעילות הקרינה מוגדרת השבר בסך הכל הקרין כוח מן ג'נרל אלקטריק הנחילה האנודה. הגורמים הקובעים את היעילות של הצינור רנטגן מוחלים KV מתח ו- Z. מספר אטומי היחס המשוער מהפעולות הבאות:

• יעילות = KV x Z x 10 ^-6.

הקשר בין יעילות KV יש השפעה מסוימת על השימוש המעשי של ציוד רנטגן. בשל דור החום של הצינור יש מגבלה על מספר החשמל שיוכלו לפזר. היא כופה על הקיבולת של ממגבלת המכשיר. עם הגדלת KV, לעומת זאת, כמות הקרינה המיוצרת על ידי אחד החום מגביר באופן משמעותי.

התלות של היעילות של דור רנטגן על רכב האנודה היא אקדמי בלבד משום שרוב המכשירים המשמשים טונגסטן. יוצאת דופן היא מוליבדן רודיום, המשמש ממוגרפיה. יעילות של המכשירים האלה היא נמוכה משמעותיים עבור טונגסטן בגלל המספר האטומי הנמוך שלהם.

אפקטיבי

יעילות שפופרת רנטגן מוגדרת כסכום של הקרנה millirentgenah נמסר נקודה במרכז הקורה שימושי במרחק של 1 מ 'במקום מוקד לכל אלקטרונים 1 Mas עובר דרך המכשיר. שוויה מייצג את היכולת של המכשיר כדי להמיר את האנרגיה של החלקיקים הטעונים בקרינת רנטגן. זה מאפשר לך לקבוע את החשיפה של המטופל, ואת תמונת המצב. כמו יעילות, יעילות של המכשיר תלוי במספר גורמים, כולל KV, בצורת גל מתח, חומר האנודה ואת מידת הנזק משטח למכשיר המסנן בזמן השימוש.

KV-וניהול

צינור המתח KV רנטגן ביעילות שולט קרינת הפלט. ככלל, ההנחה היא כי הפלט הוא פרופורציונלי לריבוע של KV. הכפלת חשיפת KV מגבירה 4 פעמים.

צורת גל

צורת הגל מתאר את האופן בו KV משתנה עם הזמן במהלך הדור של קרינה בשל האופי המחזורי של כוח. גל שונה השתמש בכמה. העיקרון הכללי הוא: השינוי הקטן בצורת KV, קרינת הרנטגן מופק ביעילות. הציוד המודרני המשמש גנרטורים עם KV הקבוע יחסית.

צינורות רנטגן: תעשיינים

מכשירים אוקספורד החברה מייצרת מכשירים שונים, כולל זכוכית, כוח 250 W, 4-80 פוטנציאל קילו, את מיקרון מוקד 10 במקום ומגוון רחב של חומרים האנודה, t. H. Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, מו, PD, Rh, Ti, W.

וריאן מציעה מעל 400 סוגים שונים של צינורות רנטגן רפואיים ותעשייתיים. מפיקים ידועים אחרים הם Dunlee, GE, פיליפס, Shimadzu, סימנס, טושיבה, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong ואח.

ברוסיה המיוצר שפופרות הרנטגן "סבטלנה-רנטגן". בנוסף למכשירים המסורתיים עם סיבוב חברה האנודה נייח מייצרת מכשירים של שטף האור הזוהר קתודה קרה נשלט. יתרונות של המכשירים הבאים:

• לעבוד מצבי רציף דופק;
• בהעדר האינרציה;
• ויסות עוצמת LED הנוכחי;
• טוהר ספקטרום;
• האפשרות של קרינת רנטגן בעוצמות שונות.