X线发生装置课件.ppt
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1、第二章 X线发生装置 产生产生X线的装置称为线的装置称为X线发生装置。线发生装置。它是由它是由X线管、高压发生器和控制台三线管、高压发生器和控制台三部分组成。它是部分组成。它是X线机、线机、X线线CT的主要组成的主要组成部分之一。部分之一。第一节第一节 X线管线管第二节第二节 高压发生器高压发生器第三节第三节 控制台控制台第一节第一节 X线管线管一、固定阳极一、固定阳极X线管线管二、旋转阳极二、旋转阳极X线管线管三、特殊三、特殊X线管线管四、特性与参数四、特性与参数五、管套五、管套一、固定阳极一、固定阳极X线管线管(一)结构(一)结构 固定阳极固定阳极X线管主要由阳极、阴极和玻璃壳线管主要由阳
2、极、阴极和玻璃壳体等三部分组成。体等三部分组成。1、阳极、阳极 固定固定X线管的阳极结构由阳极头、阳极线管的阳极结构由阳极头、阳极 帽、帽、玻璃圈和阳极柄四部分组成。玻璃圈和阳极柄四部分组成。阳极的作用:阳极的作用:1、阻挡高速运动的电子流产生、阻挡高速运动的电子流产生X线,同线,同时将曝光时产生的热量辐射或传导出去时将曝光时产生的热量辐射或传导出去 2、吸收、吸收二次电子二次电子和散乱射线。和散乱射线。二次电子二次电子:X线管高速运动的电子流轰击靶面时,会线管高速运动的电子流轰击靶面时,会有少量的电子从靶面反射和释放出来,这有少量的电子从靶面反射和释放出来,这部分电子称为二次电子。部分电子称
3、为二次电子。二次电子的危害:二次电子的危害:1、二次电子有害无益,其能量较大,轰击、二次电子有害无益,其能量较大,轰击到玻璃壳内壁上,将使玻璃壳温度升高而到玻璃壳内壁上,将使玻璃壳温度升高而释放气体,降低管内真空度或使玻璃壳击释放气体,降低管内真空度或使玻璃壳击穿;穿;2、二次电子再次被阳极吸引轰击到靶面上、二次电子再次被阳极吸引轰击到靶面上时,由于没有经过聚焦,将辐射出非焦点时,由于没有经过聚焦,将辐射出非焦点散射散射X线,使线,使X线影像质量下降。线影像质量下降。(1)阳极头:)阳极头:它是由靶面和阳极体组成。它是由靶面和阳极体组成。(2)阳极帽)阳极帽 它又称为阳极罩或反跳罩,固定在阳极
4、头它又称为阳极罩或反跳罩,固定在阳极头上,并罩在靶面的四周。它与阳极同电位,上,并罩在靶面的四周。它与阳极同电位,故它可吸收故它可吸收50%60%的二次电子,并可吸的二次电子,并可吸收一部分散乱收一部分散乱X线,从而保护线,从而保护X线管并提高线管并提高影像质量。影像质量。阳极帽的位置:阳极帽的位置:阳极帽的头部圆口面对阴极,是高速运动阳极帽的头部圆口面对阴极,是高速运动的电子流轰击靶面的通道;的电子流轰击靶面的通道;下部圆口是下部圆口是X线的辐射通道。有的线的辐射通道。有的X线管在线管在此圆口处加上一层金属铍片,其作用是吸此圆口处加上一层金属铍片,其作用是吸收软收软X线,降低病人皮肤剂量。线
5、,降低病人皮肤剂量。(3)玻璃圈)玻璃圈 它是阳极和玻璃壳的过渡连接部分。它是阳极和玻璃壳的过渡连接部分。(4)阳极柄)阳极柄 其作用是固定其作用是固定X线管并将曝光时产生的热量线管并将曝光时产生的热量传导出去。它与阳极头的铜体相连,其管传导出去。它与阳极头的铜体相连,其管外部分浸在变压器油中,通过与油之间的外部分浸在变压器油中,通过与油之间的热传导,把靶面的热量传导出去。热传导,把靶面的热量传导出去。2、阴极、阴极 其作用是发射电子并使电子流聚焦。它主其作用是发射电子并使电子流聚焦。它主要由灯丝、聚射罩、阴极套和玻璃芯柱等要由灯丝、聚射罩、阴极套和玻璃芯柱等四部分组成。四部分组成。(1)灯丝
6、)灯丝 它是由钨制成,其作用是辐射热电子。诊它是由钨制成,其作用是辐射热电子。诊断用断用X线管的灯丝都绕成小螺丝管状。线管的灯丝都绕成小螺丝管状。调节灯丝的加热电压即可改变灯丝辐射的调节灯丝的加热电压即可改变灯丝辐射的热电子数量;热电子数量;灯丝温度与辐射热电子的数量呈指数关系。灯丝温度与辐射热电子的数量呈指数关系。功率较大的功率较大的X线管为了协调不同功率与焦点线管为了协调不同功率与焦点的关系,阴极装有两根长短和粗细都不同的关系,阴极装有两根长短和粗细都不同的灯丝,长的灯丝加热电压高,辐射电子的灯丝,长的灯丝加热电压高,辐射电子多,形成多,形成大焦点大焦点;短的灯丝加热电压低,;短的灯丝加热
7、电压低,辐射热电子少,形成辐射热电子少,形成小焦点小焦点,这种,这种X线管称线管称为为双焦点双焦点X线管线管。其阴极一般有三根引线:一根为公用线,其阴极一般有三根引线:一根为公用线,其余两根分别为大、小焦点灯丝的引线。其余两根分别为大、小焦点灯丝的引线。(2)聚焦罩)聚焦罩它又称为聚焦槽、集射罩或阴极头。它又称为聚焦槽、集射罩或阴极头。其作用是对灯丝辐射的热电子进行聚焦。其作用是对灯丝辐射的热电子进行聚焦。为使电子聚焦成束状飞向阳极,聚焦罩被加为使电子聚焦成束状飞向阳极,聚焦罩被加工成圆弧直槽或阶梯直槽。工成圆弧直槽或阶梯直槽。3、玻璃壳、玻璃壳 它又称为管壳。其作用是固定阴极、阳极它又称为管
8、壳。其作用是固定阴极、阳极并保持管内真空度。并保持管内真空度。固定阳极固定阳极X线管的主要缺点是:线管的主要缺点是:焦点焦点尺寸大、尺寸大、瞬间负载功率小。瞬间负载功率小。其优点是:结构简单、价格低。在小型其优点是:结构简单、价格低。在小型X线线发生装置中仍被采用。发生装置中仍被采用。(二)(二)X线管的焦点线管的焦点 在在X线成像系统中,对线成像系统中,对X线成像质量影响最线成像质量影响最大的因素之一就是大的因素之一就是X线管的焦点。线管的焦点。1、实际焦点、实际焦点 它是指灯丝辐射的热电子经聚焦后在靶面它是指灯丝辐射的热电子经聚焦后在靶面上的瞬间轰击面积,呈细长方形。其大小上的瞬间轰击面积
9、,呈细长方形。其大小(一般指宽度),主要取决于聚焦罩的形(一般指宽度),主要取决于聚焦罩的形状、宽度和深度。状、宽度和深度。2、有效焦点、有效焦点 它是实际焦点在它是实际焦点在X线投照方向上的投影。线投照方向上的投影。实际焦点在垂直于实际焦点在垂直于X线管长轴方向的投影,线管长轴方向的投影,称为称为标称焦点标称焦点;X线管特性参数表中标注的线管特性参数表中标注的焦点为标称焦点。焦点为标称焦点。有效焦点的标称值为一无量纲的数值,但有效焦点的标称值为一无量纲的数值,但目前仍用习惯标注法,如:目前仍用习惯标注法,如:2.0mm2.0mm、1.0mm1.0mm或或0.3mm0.3mm等。等。有效焦点与
10、实际焦点之间的关系,设实际有效焦点与实际焦点之间的关系,设实际焦点宽度为焦点宽度为a,长度为,长度为b,则投影后的长度,则投影后的长度为为bsin,宽度不变,宽度不变,即:即:有效焦点有效焦点=实际焦点实际焦点sin 当投照方向与当投照方向与X线管长轴垂直时,线管长轴垂直时,角称为角称为靶角或阳极倾角。其数值一般为靶角或阳极倾角。其数值一般为720。有效焦点有效焦点=实际焦点实际焦点sin X线成像时,为减小几何模糊而获得清晰的影线成像时,为减小几何模糊而获得清晰的影像,要求有效焦点越小越好。减小有效焦点面积像,要求有效焦点越小越好。减小有效焦点面积可通过减小靶角可通过减小靶角来实现,但靶角太
11、小,由于来实现,但靶角太小,由于X线线辐射强度分布的变化,投照方向的辐射强度分布的变化,投照方向的X线量将大量线量将大量减少,减少,所以减小靶角不适用,靶角要合适所以减小靶角不适用,靶角要合适一般固一般固定阳极定阳极X线管的靶角为线管的靶角为1520。也可以通过减。也可以通过减小实际焦点面积以减小有效焦点面积,但实际焦小实际焦点面积以减小有效焦点面积,但实际焦点面积减小后,点面积减小后,X线管的容量将随之减小。线管的容量将随之减小。有效焦点尺寸越小,影像清晰度就越高。有效焦点尺寸越小,影像清晰度就越高。有效焦点越大,几何模糊大,影像清晰度有效焦点越大,几何模糊大,影像清晰度降低。降低。减小有效
12、焦点,势必减小实际焦点,减小有效焦点,势必减小实际焦点,X线线管的功率随之减小,曝光时间相应增加,管的功率随之减小,曝光时间相应增加,这将会引起运动模糊。可见,减小焦点面这将会引起运动模糊。可见,减小焦点面积以减小几何模糊、改善影像清晰度和增积以减小几何模糊、改善影像清晰度和增大大X线管的功率以缩短曝光时间、减小运动线管的功率以缩短曝光时间、减小运动模糊是一对矛盾。模糊是一对矛盾。4、焦点方位性、焦点方位性 由于由于X线呈锥形辐射,所以在照射野不同上线呈锥形辐射,所以在照射野不同上投影的有效焦点不同,而且若投影方向偏投影的有效焦点不同,而且若投影方向偏离管轴线和电子入射方向组成的平面,有离管轴
13、线和电子入射方向组成的平面,有效焦点的形状还会出现失真。因此,使用效焦点的形状还会出现失真。因此,使用时应注意保持实际焦点中心、时应注意保持实际焦点中心、X线输出窗中线输出窗中心与投影中心心与投影中心三点一线三点一线,即,即X线中心线应对线中心线应对准影像中心。准影像中心。二、旋转阳极二、旋转阳极X线管线管 旋转阳极旋转阳极X线管较好地解决了提高功率和缩线管较好地解决了提高功率和缩小焦点之间的矛盾。它也由阳极、阴极和小焦点之间的矛盾。它也由阳极、阴极和玻璃壳等三部分组成。玻璃壳等三部分组成。旋转阳极旋转阳极X线管的最大优点是瞬间负载功率线管的最大优点是瞬间负载功率大、焦点小。大、焦点小。旋转阳
14、极旋转阳极X线管与固定阳极线管与固定阳极X线管相比,线管相比,除了阳极结构有明显不同外,其余相差不大。除了阳极结构有明显不同外,其余相差不大。旋转阳极旋转阳极X线管的阳极线管的阳极由靶面、转子、转由靶面、转子、转轴和轴承等组成。轴和轴承等组成。CT用用X线管线管1、靶盘与靶面、靶盘与靶面 靶盘直径为靶盘直径为70150mm之间的单凸状圆盘,之间的单凸状圆盘,中心固定在转轴(钼杆)上,转轴的另一中心固定在转轴(钼杆)上,转轴的另一端与转子相连。端与转子相连。靶角在靶角在617.5之间。之间。靶面和靶盘的材料:靶面和靶盘的材料:1、用用纯钨纯钨制成的靶面和靶盘,靶面使制成的靶面和靶盘,靶面使用不久
15、就会出现表面龟裂、粗糙现象,致用不久就会出现表面龟裂、粗糙现象,致使使X线管产生线管产生X线能力下降。线能力下降。2、用、用铼钨合金铼钨合金做靶面,钼或石墨做靶做靶面,钼或石墨做靶基,制成钼基铼钨合金复合靶或石墨基铼基,制成钼基铼钨合金复合靶或石墨基铼钨合金复合靶。钨合金复合靶。铼钨合金复合靶靶面晶粒细致,龟裂、粗铼钨合金复合靶靶面晶粒细致,龟裂、粗糙情况减轻,且靶体重量轻、热容量大,糙情况减轻,且靶体重量轻、热容量大,可有效提高可有效提高X线管连续负荷能力,使线管连续负荷能力,使X线管线管达到了达到了50kW的大功率和的大功率和1.0mm1.0mm的小焦点。的小焦点。3、在靶盘上开几条径向的
16、细膨胀缝以消除、在靶盘上开几条径向的细膨胀缝以消除机械应力,进一步减轻龟裂的现象。机械应力,进一步减轻龟裂的现象。铼钨合金复合靶铼钨合金复合靶2、转子、转子 它是由无氧铜做成,通过钼杆与靶盘和靶它是由无氧铜做成,通过钼杆与靶盘和靶面连为一体,转子转动时,靶盘和靶面随面连为一体,转子转动时,靶盘和靶面随之转动。其表面黑化,以提高热辐射能力。之转动。其表面黑化,以提高热辐射能力。X线管工作,阳极靶面旋转,到达一定转速线管工作,阳极靶面旋转,到达一定转速时候曝光。时候曝光。曝光结束后、启动电机断电后,转子因惯性曝光结束后、启动电机断电后,转子因惯性将有较长的静转时间(从切断启动电机定将有较长的静转时
17、间(从切断启动电机定子电源开始到转子停止转动所用的时间),子电源开始到转子停止转动所用的时间),静转时间一般为数分钟至几十分钟。静转时间一般为数分钟至几十分钟。静转是无用的空转,制造噪声且磨损轴承,静转是无用的空转,制造噪声且磨损轴承,因此有必要在曝光结束后,即对旋转阳极因此有必要在曝光结束后,即对旋转阳极进行制动,这样可减少噪声,延长轴承的进行制动,这样可减少噪声,延长轴承的寿命,进而延长寿命,进而延长X线管的寿命。线管的寿命。阳极制动方式:阳极制动方式:直流电机的制动,有机械制动,直流电机的制动,有机械制动,再生制动再生制动,能耗制动,能耗制动,反接制动反接制动 机械制动就是抱闸,机械制动
18、就是抱闸,是电动的抱闸。是电动的抱闸。反接制动反接制动:当切断正向电源后,立即加上反:当切断正向电源后,立即加上反向电源,向电源,使电动机快速停止,当电动机速使电动机快速停止,当电动机速度降到零时,装在度降到零时,装在 电动机轴上的电动机轴上的“反接继反接继电器电器”立即发出信号,切断反向电源,立即发出信号,切断反向电源,防防止电动机真的反转止电动机真的反转再生制动:再生制动:亦称反馈制动把电动机转成发电亦称反馈制动把电动机转成发电机使用,把电动机的动能转成电能机使用,把电动机的动能转成电能 ,把电,把电储备起来或通过电网送走。储备起来或通过电网送走。再生制动一般只有再生制动一般只有30%的动
19、能再生使用,其的动能再生使用,其余的动能也转换成热能散发出去。余的动能也转换成热能散发出去。能耗制动能耗制动:把电动机的动能经过能耗电阻转:把电动机的动能经过能耗电阻转换为热能散发出去。换为热能散发出去。3、轴承与轴承的润滑、轴承与轴承的润滑 轴承由耐热合金钢制成,可以承受较高的轴承由耐热合金钢制成,可以承受较高的工作温度(约工作温度(约400左右)。为避免过多的左右)。为避免过多的热量传导到轴承,把阳极端的转轴外径做热量传导到轴承,把阳极端的转轴外径做得较细或用管状钼杆,减少热传导,少量得较细或用管状钼杆,减少热传导,少量由阳极靶面传导过来的热量则大部分通过由阳极靶面传导过来的热量则大部分通
20、过转子表面辐射出去。转子表面辐射出去。轴承的润滑剂都采用固体润滑材料,如二轴承的润滑剂都采用固体润滑材料,如二硫化钼、银、铅等。硫化钼、银、铅等。旋转阳极旋转阳极X线管与固定阳极线管与固定阳极X线管的散热方线管的散热方式不同,靶面受高速运动的电子流轰击所式不同,靶面受高速运动的电子流轰击所产生的巨大能量主要依靠热辐射进行散热,产生的巨大能量主要依靠热辐射进行散热,散热效率低,连续负荷后阳极热量急剧增散热效率低,连续负荷后阳极热量急剧增加,靶盘温度不断上升。为防止由此造成加,靶盘温度不断上升。为防止由此造成的的X线管损坏,有些线管损坏,有些X线机的线机的X线管装置内线管装置内设有温度限制保护装置
21、,对设有温度限制保护装置,对X线管给予相应线管给予相应的保护。的保护。三、特殊三、特殊X线管线管(一)金属陶瓷大功率(一)金属陶瓷大功率X线管线管 当需要短时间曝光并承受大负载时,可使当需要短时间曝光并承受大负载时,可使用大功率用大功率X线管。用硬质玻璃制成的固定阳线管。用硬质玻璃制成的固定阳极极X线管与旋转阳极线管与旋转阳极X线管,在进行连续大线管,在进行连续大功率摄影时,往往由于玻璃壁击穿而损坏。功率摄影时,往往由于玻璃壁击穿而损坏。这是由于新这是由于新X线管的玻璃壳是绝缘体,阳极靶反弹线管的玻璃壳是绝缘体,阳极靶反弹和释放出来的和释放出来的二次电子二次电子有相当一部分轰击到玻璃有相当一部
22、分轰击到玻璃壳并附着其上,附着其上的电子一时不会全部消壳并附着其上,附着其上的电子一时不会全部消失,这将阻碍后来的电子附着到玻璃壳上,使玻失,这将阻碍后来的电子附着到玻璃壳上,使玻璃壁免受大量高速电子轰击和侵蚀。但随着璃壁免受大量高速电子轰击和侵蚀。但随着X线线管使用时间的增长,由于灯丝蒸发和阳极靶面龟管使用时间的增长,由于灯丝蒸发和阳极靶面龟裂边缘处的钨蒸发,会使玻璃壳内壁附着一层金裂边缘处的钨蒸发,会使玻璃壳内壁附着一层金属钨的沉积物,沉积层与阳极相连形成属钨的沉积物,沉积层与阳极相连形成第二阳极第二阳极,致使一部分高速运动的电子轰击玻璃壳使其侵蚀,致使一部分高速运动的电子轰击玻璃壳使其侵
23、蚀,最终导致玻璃壳击穿,最终导致玻璃壳击穿,X线管损坏。线管损坏。为了消除钨沉积层的影响,延长为了消除钨沉积层的影响,延长X线管的寿命,研线管的寿命,研制了一种金属陶瓷大功率旋转阳极制了一种金属陶瓷大功率旋转阳极X线管。金属线管。金属陶瓷大功率陶瓷大功率X线管的灯丝和普通旋转阳极线管的灯丝和普通旋转阳极X线管相线管相似。只是玻璃壳改为金属和陶瓷组合而成。金属似。只是玻璃壳改为金属和陶瓷组合而成。金属部分位于部分位于X线管中间部分并接地,以吸收二次电线管中间部分并接地,以吸收二次电子,对准焦点处开有铍窗以使子,对准焦点处开有铍窗以使X线通过。金属靠线通过。金属靠近阴极一端嵌入陶瓷内,采用铌过渡,
24、用铜焊接。近阴极一端嵌入陶瓷内,采用铌过渡,用铜焊接。金属靠近阳极一端嵌入玻璃壳中。玻璃与陶瓷部金属靠近阳极一端嵌入玻璃壳中。玻璃与陶瓷部分起绝缘作用。分起绝缘作用。金属陶瓷大功率金属陶瓷大功率X线管,消除了玻璃壳那种线管,消除了玻璃壳那种由于钨沉积层所致由于钨沉积层所致X线管损坏的危险,所以线管损坏的危险,所以可将灯丝加热到较高温度,以提高可将灯丝加热到较高温度,以提高X管的负管的负荷。荷。X线管管壳上的电场和电位梯度也保持线管管壳上的电场和电位梯度也保持不变,还可在低管电压条件下使用较高的不变,还可在低管电压条件下使用较高的管电流进行摄影,解决了普通管电流进行摄影,解决了普通X线管由于管线
25、管由于管壁击穿而损坏的问题。壁击穿而损坏的问题。(二)三极(二)三极X线管线管1、结构、结构 三极三极X线管是在普通线管是在普通X线管的阳极与阴极之线管的阳极与阴极之间加上一个控制栅极,故又称为栅控间加上一个控制栅极,故又称为栅控X线管。线管。三极三极X线管的其它部分与普通线管的其它部分与普通X线管相同,线管相同,只是阴极的结构比较特殊。只是阴极的结构比较特殊。栅控栅控X X线管线管2、控制原理、控制原理 当栅极对阴极加一个负电压或负脉冲电压时,可当栅极对阴极加一个负电压或负脉冲电压时,可使阴极发射的热电子完全飞不到阳极上,形不成使阴极发射的热电子完全飞不到阳极上,形不成管电流,不会产生管电流
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