X射线管原理与影像设备

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1、X射线管原理与影像设备第一章X线的发现、产生和特性第一节、X线的发现X线是德国物理学家伦琴在1895年11月8日发现的。当时，他在暗室内用高压电流通过低压气体的克鲁克斯管作阴极射线的研究，偶然发现克鲁克斯管附近的一块表面涂有铂氰化钡结晶的纸板上发生荧光。进一步研究证明，荧光是由高电压电流通过克鲁克斯管时产生的一种看不见的新射线所引起。这种射线能穿透普通光线所不能穿透的纸板，并能作用于荧光屏而产生荧光。进一步实验，发现这种射线也能透过木板，即使一本厚书，也能透过而使荧光屏发亮。对重金属如铜、铁、铅等则不易透过。当伦琴将手放在管和荧光屏

2、之间时，在荧屏上看到肌肉透亮，而骨胳则为黑影。他还发现这种新的射线具有摄影作用，可把手在照相玻璃板上摄成照片。伦琴将他的发现于1896年1月23日正式公布于世，由于不明了这种射线的性质，所以伦琴把这种射线称为X线，科学界又称之为伦琴线。X线的伟大发现，无论是在近代科学理论上或在应用技术上，特别是对医学科学领域内的不断创新和突破都有十分重大的意义。第二节、X线的产生   X线是由高速运行的电子群撞击物质突然被阻时产生的。因此，它的产生，必须具备以下3个条件；自由活动的电子群；电子群以高速运行；电子群在高速运行时突然受阻。X线机的类型虽

3、不同，但基本构造不外X线管、变压器和控制器三部分。1．X线管近代X线管是热阴极真空管，大多数采用的是真空二极管结构，在特殊的用途下也有三极管X射线管，由于构造复杂，辅助装置多，球管功率小，这种球管现在多用于分析仪器中。普通医学方面式用的X射线管，阴极是钨制灯丝，阳极为钨靶。以低电压电流(6—12伏)，通过阴极灯丝，灯丝发热而产生电子群。阳极的钨靶用以阻挡快速运行的电子群。在X线管的两极加以高电压(40一150kv，一般为40一90kv)，则电子群以高违从阴极向阳极运行，撞击钨靶突然受阻，而产生X线和大量的热能。钨原子序数和原子量高，

4、具有高度放射X线性能，且可容大量的热能(融点为3400℃)。钨靶嵌在铜制阳极体上，使热能更快散失，因为铜的热传导率很高。2．变压器变压器主要由一个铁心，一个初级线圈和一个次级线圈所构成。当交流电向初级线圈输入时，则次级线圈输出的电压可按照两个线圈的比例升高或降低。在X线机中，以高压变压器供应高压电于X线管两极，并以降压变压器即灯丝变压器，供应低压电流于阴极灯丝。3．控制器使用X线机时，必须有一定的控制装置方能调节所需要的各种技术条件。控制器内装有许多电钮、电表、电阻和自偶变压器，主要用以调节通过X线管两极的电压和通过阴极灯丝的电流，

5、分别控制X线的质和量。控制器内还装有调节曝光时间的计时器。　X线的质决定于电子运行的速度及其撞击钨靶后动能所耗损的程度。改变高压变压器的电压，即可调节电子运行的速度。电压越高，电子的运行速度越快，动能消耗越多。则由X线管发射的X线波长越短，穿透力也越强。通过X线管的电压很高，以kv计。X线的量则取决于通过X线管的电流大小，亦即撞击在钨靶上的电子数量。改变灯丝的热度，即可调节电子发生的数量(灯丝的热能是由灯丝加热变压器的电流所供应)。电流越大，则灯丝越热，电子越多，撞击在钨靶上的电子数量也越多。通过X线管的电流很小，以毫安计。在X线管

6、、变压器和控制台之间以电缆相连。X线机主要部件及线路见图（1—1—1）。图1—1—1第三节、X线的特性X射线的本质1912年德国物理学家劳厄(M．V．Laue)等根据理论预见到，并用实验证实了X射线与晶体相遇时能发生干涉(即衍射)现象，证明了X射线具有电磁波的性质，成为X射线衍射学的第一个里程碑。X射线和可见光及其他基本粒子(如电子、中子、质子等)一样，同时具有微粒及波动二重性。由于X射线的波长较短，X光子能量也相对地高，因此它的微粒特性也比较明显。由于X射线是一种电磁波它与无线电波、可见光和γ射线等其他各种高能射线无本质上的区别，

7、只是波长不同而已。作为电磁波的一种，X射线具有它的一般属性。具有单色的X射线沿X轴方向传播，在垂直于被传播方向的平面内存在着互相垂直的电场强度E和磁场强度H。二者在空间和时间上作周期变化(见图1—1)。如果，研究的是一平面偏振的波(PlanePolarigedwave)，即E只延xoz平面传播，那么E随距离x和时间t的周期变化可表示为X线是波长很短的电磁波，以光的速度沿直线前进，其波长范围为0.0006—50nm。目前X线诊断常用的X线波长范围为0.008-0.0031nm。(相当于40—150kv)，在电磁辐射谱中，居γ射线与紫外

8、线之间，比可见光的波长要短得多，肉眼看不见。图1-2表示了X线在整个光谱种的位置。除上述一般物理性质外，X线还具有以下几方面与X线成像相关的特性：1．穿透性X线波长很短，具有很强的穿透力，能穿透一般可见光不能穿透的各种不同密度的物质，