医用X射线管的应用和特点

X射线管是X射线机中的主要元件，是一个高真空器件。自X射线发现以来，经历了气体电离式X射线管、高真空热阴极固定阳极X射线管、旋转阳极X射线管几个发展阶段。目前常使用的是热阴极电子X射线管，其基本原理是利用阴极的热发射电子束在高压电场的作用下高速飞向阳极靶面，由于电子束受到急剧阻止，在阳极靶面产生能量转换，在大部分转变为热能的同时，还激发出X射线。

从以上原理可以得出，一个X射线管辐射X射线，必须具备以下条件：

1）一个能发射电子的阴极。

2）一个受电子轰击而产生X射线的阳极。

3）一个真空度较高的空间，使电子运动不受阻挡。

以下将重点介绍固定阳极X射线管和旋转阳极X射线管。

1.固定阳极X射线管

固定阳极X射线管由阳极、阴极和玻璃壳三部分组成。其结构组成如图8-3所示。

图8-3 固定阳极X射线管结构示意图

阳极则包括阳极柱、阳极罩、靶面、铜体四个部分。阳极的作用是产生X射线，散热、吸收二次电子和散射线。阳极柱由纯铜制成，将铜体引出管外，与油之间热传导把热传导出去；靶面是用钨制成，钨导热率小，熔点高；阳极罩在靶面外面由无氧铜制成，吸收二次电子和散热线。

阴极是由灯丝和集射罩组成，其作用是发射电子并对电子束进行聚焦，以使轰击靶面的电子束具有一定形状和大小。阴极的灯丝是由钨制成，绕制成螺旋管状，作用是发射电子。功率较大的X射线管在阴极装置有两根灯丝，形成双焦点。一根灯丝较长些，形成大焦点，发射的电流大一些；另一根较短些，形成小焦点。阴极具有三根引线，其中一根为公用线，其余为大小灯丝的引线。集射罩由纯铁或镍制成，并开有直槽或阶梯槽，称为集射槽。如图8-4所示，灯丝置于槽中，槽和灯丝一端相连接，使其与灯丝同电位。灯丝发射的电子经集射槽聚焦后，轰击在阳极靶面，形成焦点面。(www.xing528.com)

X射线管玻璃壳的作用是支撑阴、阳两极和保持管内真空度。由于阴、阳两极加有高电压，巨阳极的工作温度很高，因此玻璃壳多采用耐高温、绝缘强度高、膨胀系数小的硬质玻璃制成。因玻璃壳和阳极铜体膨胀系数不同，两者不宜直接焊接，故在铜体上镶有一个含54%铁、28%镍、17%钴的合金圈，再将玻璃壳焊接在合金圈上。这样也就避免因温度变化而造成玻璃破碎，导致真空度下降。

2.旋转阳极X射线管

图8-4 双焦点阴极结构

旋转阳极X射线管主要也由阴极、阳极和玻璃壳组成，其结构如图8-5所示。阳极做成一个圆盘，管子负载时高速转动。从偏离管子中心轴线的阴极发射出来的电子，轰击在转动的靶面上。由于因电子轰击而产生的热量被均匀分布在一个转动着的圆环面上，热量分布面积要比固定阳极X射线管大，而单位面积上的热量大大减少，从而提高了旋转阳极X射线管的功率。

图8-5 旋转阳极X射线管结构示意图

与固定阳极X射线管相比除阳极结构有明显差别外，其余相差不大。阳极包括靶面转子、转轴、轴承和定子。靶面镶在一个直径为70～100mm之间的圆盘上，靶面角度在6°～18°之间，中心钼杆与转子连接。20世纪60年代以后生产的旋转阳极X射线管中的靶面多为铼钨合金镶在钼或石墨基体上。与以前用纯铜材料制成的靶面相比有以下优点：

1）铼钨合金靶面晶粒较细，抗热胀性提高，再结晶温度上升，靶面不易龟裂。

2）大大提高了热容量，有效提高了X射线管连续负荷的能力。

3）X射线辐射率下降较慢。