Vzhledem k tomu, rentgenové lampy pracují?

Rentgenové paprsky jsou generovány přeměnou energie elektronů fotony, který se vyskytuje v rentgenové trubice. Množství (expozice) a kvalitu (spektrum) záření může být nastavena změnou proudu, napětí a čas přístroje.

Princip fungování

Rentgenky (foto uvedeny v článku), jsou měniče energie. Jsou to přijímat ze sítě a převést na jiné formy - pronikajícího záření a tepla, je tento nežádoucí vedlejší produkt. X-ray zařízení trubice tak, že se maximalizuje produkci fotonů a odvádí teplo tak rychle, jak je to možné.

Trubice je poměrně jednoduché zařízení, který zpravidla obsahuje dva základní prvky - katodu a anodu. Když proud teče od katody k anodě, že elektrony ztrácejí energii, což vede ke vzniku rentgenového záření.

anoda

Anoda je složka, přičemž emise vysokoenergetických fotonů produkován. Jedná se o poměrně masivní kovový prvek, který je spojen s kladným pólem elektrického obvodu. Má dvě hlavní funkce:

• Převádí energie elektronů do rentgenového záření,
• To odvádí teplo.

Materiál pro anodu je zvolena tak, aby posílení těchto funkcí.

V ideálním případě, většina z elektronů by měla tvořit vysoce energetické fotony, spíše než teplo. Poměr celkové energie, která se převede do X-záření (COP) je závislá na dvou faktorech:

• atomové číslo (Z) materiálu anody,
• energie elektronů.

Ve většině rentgenových trubic jako materiál anody použít wolfram, jehož atomové číslo je rovno 74. Navíc k velkému Z, tento kov má některé další vlastnosti, které jej činí vhodným pro tento účel. Wolfram je jedinečný v jeho schopnosti udržet sílu při zahřátí, má vysokou teplotu tání a nízkou míru odpařování.

Po mnoho let, anoda je vyrobena z čistého wolframu. V posledních letech jsme začali používat tento kovovou slitinu s rhenium, ale jen na povrchu. Vlastní anoda pod wolframu rhenium pláštěm z lehkého materiálu, dobrou tepelnou-skladování. Dvě takové látky jsou molybden a grafit.

Rentgenová trubice používá mamografie, je vyrobena s anodou, potažené molybdenu. Tento materiál má střední atomové číslo (Z = 42), který generuje fotony s charakteristickou energii, vhodné pro záznam hrudníku. Některá mamografie zařízení mají také druhou anodu, tvořenou z rhodia (Z = 45). To umožňuje zvýšit energii a dosažení většího průniku pro husté prsa.

Použití wolframu, rhenia slitiny zlepšuje dlouhodobou záření výstup - se zařízeními účinnosti čas s anodou z čistého wolframu je snížena v důsledku tepelné poškození povrchu.

Většina z anody má tvar kuželových kotoučů a pevně na hřídeli motoru, který je se otáčí při relativně vysokých rychlostech v době emise rentgenového záření. Účelem otáčení - odvádění tepla.

ohnisko

Rentgenový generace část ne celý anoda. Vyskytuje se v malé oblasti svého povrchu - ohnisko. Rozměry poslední určuje velikost elektronového svazku přicházejícího od katody. Ve většině z nich má obdélníkový tvar se mění v zařízení 0,1-2 mm.

Konstrukce Trubka x-ray s určitou velikosti ohniska. Čím menší je, tím méně rozmazání a vyšší ostrost, a co víc, je lepší rozptyl tepla.

Ohnisková velikost bodu je faktorem, který je třeba vzít v úvahu při výběru rentgenové trubice. Výrobci vyrábějí zařízení s malým ohniskem, pokud je to nezbytné pro dosažení vysokého rozlišení a dost malé záření. Například je nutné při studiu malých a jemných částí těla, jako v mamografii.

Rentgenová trubice především výrobě kontaktních míst s dvou velikostech - velké i malé, které mohou být vybrány provozovatelem v souladu s postupem pro vytváření obrazu.

katoda

Hlavní funkcí katody - vytvářet elektrony a sbírání je do paprsku směřující k anodě. Obecně se skládá z malého spirály drátu (vláken), vložený do vybrání ve tvaru misky.

Elektrony procházející obvodem nemůže normálně opustit vodič a nechat volný prostor. Nicméně, oni mohou dělat, pokud se dostanou dostatek energie. V procesu známém jako tepelné vyzařování tepla používá vyhnat elektronů z katody. Je to umožněno, když je tlak v evakuované rentgenové trubice dosáhne 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. Art. Příze se zahřívá stejným způsobem, jako žárovky spirálové průchodem proudu skrz. Práce s katodovou trubicí je doprovázena zahříváním na teplotu luminiscenčního posunu tepelné energie z nich elektronů.

balónek

Anoda a katoda jsou obsaženy v utěsněné skříni - válec. Balón a její obsah se často označují jako vložka, která má omezenou životnost a může být nahrazena. Rentgenový trubice obecně mají skleněné baňky, když kovové a keramické válce použit pro některé aplikace.

Hlavní funkcí je podpora kontejner a izolaci z anody a katody, a udržování vakua. Tlak v evakuované rentgenové trubice při 15 ° C je 1,2 x 10 ^{~ 3} Pa. Přítomnost plynu v nádrži by umožnilo elektrické protékat zařízením volně, a to nejen ve formě elektronového paprsku.

bydlení

trubka zařízení X-ray tak, že, kromě krytu a podporu dalších složek, slouží jako stínícím tělesem a absorbuje záření, kromě užitečné paprsku procházejícího oknem. Její poměrně velký vnější povrch rozptyluje většina tepla generovaného v zařízení. Prostor mezi pláštěm a vložkou je naplněna olejem, který poskytuje izolaci a ochlazením.

řetěz

Elektrický obvod spojuje telefon s napájecím zdrojem, který se nazývá generátor. Zdroj je napájen ze sítě a převádí střídavý proud na stejnosměrný proud. Generátor také umožňuje nastavit některé parametry v řetězci:

• KV - napětí nebo elektrický potenciál;
• MA - proud, který protéká trubkou;
• S - trvání nebo čas expozice, ve zlomcích sekundy.

Obvod zajišťuje pohyb elektronů. Jsou nabitý energií, procházející generátorem, a dát ji k anodě. Jako jejich pohybu dochází dvě transformace:

• elektrický potenciál energie se přemění na kinetickou energii;
• kinetická, podle pořadí, se převede na rentgenové záření a tepla.

potenciál

Když elektrony dorazí v baňce, že mají potenciální elektrickou energii, která je dána množstvím KV napětí mezi anodou a katodou. Rentgenová trubice byla provozována při napětí pro generování 1 kV, které každá částice musí mít 1 keV. Úpravou KV, operátor dává každý elektron je určité množství energie.

kinetika

Nízký tlak v evakuované rentgenové trubice (při 15 ° C je 10 ^-6 -10 ^-7 Torr. V.) Umožňuje částic za působení záření a tepelně-iontovou elektrického pole emitované z katody k anodě. Tato síla urychluje jejich, což má za následek zvýšení rychlosti a kinetickou energii a potenciální Descending. Když se částice přistane na anodě, jeho potenciál je ztracen, a všechny jeho energie je přeměněna na kinetickou energii. 100 keV elektron dosáhne rychlosti větší než polovina rychlosti světla. Narážení na povrch částice se zpomaluje velmi rychle ztrácejí svou kinetickou energii. Otočí se na rentgeny nebo tepla.

Elektrony přijít do styku s jednotlivými atomy anodového materiálu. Záření generované jejich interakce s orbitalů (rentgenové fotony), a s jádrem (brzdné záření).

vazebná energie

Každý elektronů v atomu má určitou vazebnou energii, která závisí na velikosti druhé a úroveň, při které se částice nachází. Vazebná energie hraje důležitou roli v generování charakteristického rentgenového záření a je potřeba odstranit elektron z atomu.

bremsstrahlung

Bremsstrahlung produkuje největší množství fotonů. Elektrony pronikají do materiálu anody a probíhající v blízkosti jádra, odrazil a zpomalil gravitační atom síly. Jejich energie ztraceny během tohoto setkání se objeví ve formě fotonu rentgenového záření.

řada

Jen pár fotony mají energie blízko k energii elektronů. Většina z nich je nižší. Předpokládejme, že je mezera nebo pole obklopující jádro, přičemž elektrony zkušenosti síla „inhibice“. Toto pole může být rozděleno do zón. To poskytuje pohled na pole jádra cílové atomu ve středu. Elektronický padá kdekoli v cílovém zpomaluje a vytváří fotonu rentgenového záření. Částečky, které napadají nejblíže ke středu, jsou nejvíce vystaveny, a proto ztrácejí nejvíce energie, který vytváří velké fotonů. Elektrony vstupu do vnější zóny dochází k slabé interakce a generovat fotony s nižší energií. I když v oblasti mají stejnou šířku, která mají jinou oblast v závislosti na vzdálenosti od jádra. Vzhledem k počtu částic dopadajícího na zóny, závisí na jeho celkové plochy, je zřejmé, že vnější plocha zachytit více elektronů a způsobit další fotony. energie Rentgenové spektrum lze předvídat tímto modelem.

E _max fotony hlavní brzdné spektrum odpovídající _Emax elektrony. Pod tímto bodem, se snižujícím se fotonové energii zvyšuje jejich počet.

Značný počet fotonů o nízké energii absorbovat nebo filtrovat, jak se snaží projít povrchu anody trubice nebo krabice filtru. Filtrace je obecně závislá na složení a tloušťky materiálu, kterým je svazek prochází, a to určuje konečný tvar křivky spektra s nízkou energií.

vliv KV

Vysoká energie část spektra určuje napětí rentgenky v kV (kV,). To proto, že určuje energii elektronů dosahující anodu a fotony nemohou mít potenciál větší, než je tato. Za žádných napětí běžícího X-ray trubice? Maximální energie fotonu odpovídá maximálnímu aplikován potenciál. Toto napětí se může měnit v průběhu expozice v důsledku střídavé sítě. V tomto případě, _Emax špičkové napětí určí fotonovou kmitání období KV _s.

Další potenciál kvanta, KV _p určuje množství záření generovaného daným počtem elektronů dosahující anodu. Protože celková účinnost brzdného záření záření se zvyšuje energetické zvyšuje dopadající elektronů, který je určen KV _p, to znamená, že KV _p ovlivňuje účinnost zařízení.

Změna KV _p, obvykle měnit spektrum. Celková plocha pod křivkou energie představuje počet fotonů. Nefiltrovaná spektrum je trojúhelník, a množství záření v poměru k náměstí KV. V přítomnosti filtru také zvyšuje KV zvýšení pronikání fotonů, což snižuje procento filtrované záření. To vede ke zvýšenému výtěžku záření.

charakteristika vyzařování

Druh interakce, která generuje charakteristické záření zahrnuje vysokorychlostní kolizi s elektrony na oběžné dráze. Interakce se může uskutečnit pouze tehdy, když část E _částice je větší, než je vazebná energie atomu. Je-li tato podmínka splněna, a tam je kolize, elektron je vyřazen. To ponechává otevřenou polohou, naplněný částicí vyšší energetickou hladinu. Jak jsme se pohybovat elektron dodává energii vyzařované ve formě fotonu rentgenového záření. To se nazývá charakteristické záření, protože E je foton charakteristický chemický prvek, ze kterého je anoda vyrobena. Například, když je elektron sražen wolfram _spojení K vrstva s E = 69,5 keV, volné místo je naplněn elektronu z _komunikace L-úroveň s E = 10,2 keV. Charakteristika rentgenové foton má energii, která se rovná rozdílu mezi oběma úrovněmi, nebo 59,3 keV.

Ve skutečnosti, anodový materiál vede k řadě charakteristických rentgenových energie. K tomu dochází proto, že elektrony na různých úrovních energie (K, L, atd) může být sražen bombardování částicemi a volná místa mohou být naplněny různými úrovněmi energie. Zatímco volná L-level vytváří fotony a jejich energie jsou příliš malé pro použití v diagnostickém zobrazování. Každá charakteristika energie je dána označení, která indikuje, že oběžná, přičemž volné místo, s indexem, který vykazuje zdroj elektronů požadované. alfa (α) označuje index plnění elektronu z L-úroveň, a beta (β) ukazuje stav naplnění M nebo N.

• wolfram Spectrum. Charakteristická záření kovu vytváří lineární spektrum skládající se z několika diskrétních energií a brzdění vytváří kontinuální distribuci. Počet fotonů vytvořených každého charakteristického energie, vyznačující se tím, že pravděpodobnost, že naplnění volném pracovním K-úroveň závisí na orbitalu.
• molybden Spectrum. Anody tohoto kovu použitého pro mamografii, vyrábět dvě dostatečně intenzivní charakteristický rentgenový energie: K-alfa v množství 17,9 keV a K-beta na 19,5 keV. Optimální rozsah rentgenky, který umožňuje, aby se dosáhlo nejlepší rovnováhy mezi kontrastem a dávce záření pro průměrnou velikost prsou dosaženo na E _p = 20 keV. Nicméně Bremsstrahlung produkovat více energie. V mamografické zařízení pro odstraňování nežádoucích částí spektra použity molybdenové filtru. Filtr pracuje na principu «K-hrany.“ Absorbuje záření v přebytku elektronu vazebné energie na molybdenu atomu K-úrovni.
• Spektrum rhodia. Rhodium má atomové číslo 45, a molybden - 42. Z tohoto důvodu, charakteristické rentgenové paprsky anodou rhodia bude mít o něco vyšší energii než molybdenu a pronikavější. Používá se pro zobrazování husté prsa.

Anody s dvojitým povrchové plochy, molybden, rhodium, umožnit operátorovi zvolit rozložení optimalizovaný pro prsa různé velikosti a hustoty.

Účinek na KV spektra

KV hodnota výrazně ovlivňuje charakteristické záření, tj. K. To se nevytvoří, pokud je nižší KV elektrony úroveň K-energie. Při KV překročí prahovou hodnotu, je množství záření je obecně úměrná rozdílu a trubice KV práh KV.

Energetické spektrum fotonů rentgenového paprsku vypouštěných ze zařízení závisí na několika faktorech. Je pravidlem, že se skládá z brzdného záření a charakteristickou interakce.

Relativní složení spektra je závislý na materiálu anody, KV a filtru. Ve zkumavce s charakteristikou wolframu anody emise není vytvořena na KV <69,5 keV. Při vyšších hodnotách HF použity v diagnostických studiích, charakteristické záření zvyšuje celkové záření na 25%. Molybdenové zařízení však může dosáhnout velkou část celkové výrobní kapacity.

efektivnost

Pouze malá část energie předané elektrony se převede na záření. Hlavní frakce se absorbuje a přemění na teplo. Účinnost záření je definována jako podíl celkového vyzářeného výkonu od General Electric udělena anody. Faktory, které určují účinnost rentgenové trubice se používají napětí kV a atomové číslo Z. přibližný poměr z následujících:

• Účinnost = KV x Z x 10 ^-6.

Vztah mezi účinností a KV má specifický účinek na praktické použití rentgenového zařízení. Vzhledem k výrobě tepla trubky mají limit na počet elektrické energie, které může rozptýlit. Ukládá na kapacitě limit zařízení. S rostoucí KV, avšak množství záření vyrobené jedním tepla výrazně zvyšuje.

Závislost účinnosti generace rentgenového o složení anody je jen akademický zájem, protože většina zařízení používá wolfram. Výjimkou je molybden a rhodium, používané v mamogram. Účinnost těchto zařízení je podstatně nižší pro wolfram, protože jejich nižší atomové číslo.

účinnost

Účinnost rentgenová trubice je definována jako množství ozáření millirentgenah dodaného do bodu v centru užitečného svazku ve vzdálenosti 1 m od ohniska na každý 1 MAS elektronů procházejících systémem. Jeho hodnota představuje schopnost zařízení pro převod energie nabitých částic v rentgenovém záření. To vám umožní určit expozici pacienta, a snímek. Jak je účinnost, účinnost zařízení závisí na několika faktorech, včetně kV, napětí tvaru vlny, anodového materiálu a na stupni povrchového poškození filtračního zařízení a v době použití.

KV-management

Napětí KV rentgenka účinně řídí výstupní záření. Zpravidla se předpokládá, že výstup je přímo úměrná druhé mocnině KV. Zdvojnásobení expozice KV zvyšuje 4krát.

vlnovou

Tvar vlny je popsán způsob, jakým KV se mění s časem v průběhu generování záření v důsledku cyklické povahy výkonu. Použité několik různých křivek. Obecný princip je: čím menší je změna tvaru KV, rentgenové záření je vyráběna účinně. Moderní zařízení používá generátory s relativně konstantní KV.

Rentgenky: Výrobci

Oxford nástroje Firma vyrábí různá zařízení, včetně skla, zdroj energie 250 W, 4-80 kV, potenciál ohnisko 10 mikrometrů a široké škály anodových materiálů, t. H. Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh, Ti, W.

Varian nabízí více než 400 různých typů lékařských a průmyslových rentgenových trubic. Jiné známé výrobci jsou Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong a kol.

V Rusku, rentgenky „Svetlana-rentgen“. Kromě tradičních zařízení s rotačními a stacionárními anody společnost vyrábí zařízení na studenou katodou světelného toku kontrolované. Výhody těchto zařízení:

• pracují v nepřetržitém a impulzních režimů;
• absence setrvačnosti;
• regulaci intenzity LED proudu;
• čistota spektrum;
• možnost rentgenového záření různé intenzity.