Rentgen naychasi - X-ray tube

An Rentgen naychasi a vakuum trubkasi elektr kirish quvvatini o'zgartiradigan X-nurlari.[1] Ushbu boshqariladigan rentgen nurlari manbasining mavjudligi maydonni yaratdi rentgenografiya, qisman xiralashgan narsalarni penetratsiyali tasvirlash nurlanish. Ionlashtiruvchi nurlanishning boshqa manbalaridan farqli o'laroq, rentgen nurlari faqat rentgen naychasiga quvvat berilgandagina hosil bo'ladi. Shuningdek, rentgen naychalari ishlatiladi KT skanerlari, aeroportdagi bagaj skanerlari, Rentgenologik kristallografiya, materiallar va tuzilmalarni tahlil qilish va sanoat nazorati uchun.

Yuqori samaradorlikka bo'lgan talabning ortishi Kompyuter tomografiyasi (KT) skanerlash va angiografiya tizimlar juda yuqori rentabellikga ega tibbiy rentgen naychalarining rivojlanishiga turtki bo'ldi.

1917 yillarga oid Coolidge rentgen trubkasi. Isitilgan katod chap tomonda, anod esa o'ng tomonda. Rentgen nurlari pastga qarab chiqariladi.

Tarix

Rentgen naychalari eksperimental ravishda rivojlandi Crookes naychalari u bilan rentgen nurlari birinchi marta 1895 yil 8-noyabrda nemis fizigi tomonidan kashf etilgan Vilgelm Konrad Rentgen. Bu birinchi avlod sovuq katod yoki Krouklar X-ray naychalari 1920 yillarga qadar ishlatilgan Crookes tube tomonidan yaxshilandi Uilyam Kulidj 1913 yilda.[2] The Coolidge tubedeb nomlangan issiq katod naychasi, eng ko'p ishlatiladigan hisoblanadi. U juda sifatli vakuum bilan ishlaydi (taxminan 10 ga yaqin)−4 Pa yoki 10−6 Torr).[iqtibos kerak ]

1980-yillarning oxirigacha rentgen generatorlari faqat yuqori voltli, o'zgaruvchan tokdan o'zgaruvchan tok manbaiga ega bo'lgan. 1980-yillarning oxirida yuqori tezlikda almashtirish deb nomlangan boshqacha boshqaruv usuli paydo bo'ldi. Bu elektr ta'minotini almashtirishning elektron texnologiyasiga amal qildi (aka kalit rejimida quvvat manbai ) va rentgen apparatini aniqroq boshqarish, yuqori natijalarga erishish va rentgen nurlarining pasayishini ta'minlashga imkon berdi.[iqtibos kerak ]

Fizika

A bilan rentgen naychasi chiqaradigan rentgen nurlari spektri rodyum maqsad, 60 da ishlaydi kV. Tekis va uzluksiz egri chiziqqa bog'liq dilshodbek va boshoqlar xarakterli K chiziqlari rodyum atomlari uchun.

Hech kimda bo'lgani kabi vakuum trubkasi bor katod, vakuumga elektronlar chiqaradigan va anod elektronlarni yig'ish uchun, shunday qilib elektr tokining oqimini o'rnatadi nur, naycha orqali. Yuqori Kuchlanish quvvat manbai, masalan 30 dan 150 gacha kilovolt (kV) deb nomlangan quvur kuchlanishi, elektronlarni tezlashtirish uchun katod va anod bo'ylab bog'langan. The Rentgen spektri anod materialiga va tezlashtiruvchi kuchlanishga bog'liq.[3]

Katoddan elektronlar anod materiallari bilan to'qnashadi, odatda volfram, molibden yoki mis va anod materialidagi boshqa elektronlar, ionlar va yadrolarni tezlashtiring. Ishlab chiqarilgan energiyaning 1% ga yaqini, odatda, elektron nurlari yo'liga perpendikulyar ravishda, rentgen nurlari singari tarqaladi / nurlanadi. Qolgan energiya issiqlik sifatida ajralib chiqadi. Vaqt o'tishi bilan volfram nishondan kolba ichki yuzasiga, shu jumladan shisha yuzasiga yotqiziladi. Bu naychani asta-sekin qoraytiradi va rentgen nurlari sifatini pasaytiradi deb o'ylagan. Bug'langan volfram konvertning ichki qismida "deraza" ustida quyuqlashadi va shu tariqa qo'shimcha filtr vazifasini bajaradi va quvurlarni issiqlik chiqarish qobiliyatini pasaytiradi.[4] Oxir-oqibat, volfram koni etarlicha o'tkazuvchan bo'lib qolishi mumkin, yuqori voltajlarda boshq paydo bo'lishi mumkin. Ark katoddan volfram koniga, so'ngra anodga sakraydi. Ushbu kamon "deb nomlangan effektni keltirib chiqaradi.aqldan ozish "rentgen oynasining ichki oynasida. Vaqt o'tishi bilan trubka pastroq kuchlanishlarda ham beqaror bo'lib qoladi va uni almashtirish kerak. Ayni paytda trubka to'plami (" naycha boshi "deb ham ataladi) rentgen tizimi va uning o'rniga yangi trubka moslamasi o'rnatildi, eski trubka agregati uni yangi rentgen naychasi bilan qayta yuklaydigan kompaniyaga yuboriladi.

Fotografiya hosil qiluvchi rentgen effekti odatda dilshodbek ta'siri, nemisning qisqarishi bremsen tormozlash ma'nosi va Strahlung ma'no nurlanish.

Tizim chiqaradigan fotonik energiya diapazoni qo'llaniladigan kuchlanishni o'zgartirish va har xil qalinlikdagi alyuminiy filtrlarni o'rnatish orqali sozlanishi mumkin. Alyuminiy filtrlar rentgen nurlari yo'lida "yumshoq" (penetratsion bo'lmagan) nurlanishni olib tashlash uchun o'rnatiladi. Chiqarilgan rentgen fotonlari soni yoki dozasi oqim oqimi va ta'sir qilish vaqtini boshqarish orqali o'rnatiladi.

Issiqlik chiqarildi

Issiqlik anodning fokal nuqtasida ishlab chiqariladi. Elektron energiyaning kichik qismi (1% dan kam yoki unga teng) rentgen nuriga o'tkazilganligi sababli, uni issiqlik hisob-kitoblarida e'tiborsiz qoldirish mumkin.[5]Fokusli joyda ishlab chiqarilgan issiqlik miqdori (Jouldagi):

bo'lish to'lqin shakli omili
= eng yuqori o'zgaruvchan voltaj (Voltda)
= naycha oqimi (mil Amperda)
= ta'sir qilish vaqti (soniyada)

Issiqlik birligi (HU) o'tmishda Joulega alternativa sifatida ishlatilgan. Bu bir fazali quvvat manbai rentgen naychasiga ulanganda qulay birlik.[6] A-ning to'liq to'lqinli rektifikatsiyasi bilan sinus to'lqin, =Shunday qilib, issiqlik birligi:

1 HU = 0,707 J
1,4 HU = 1 J [7]

Turlari

Kruuk trubkasi (sovuq katod naychasi)

1900-yillarning boshlarida Crooks rentgen trubkasi. Katod o'ng tomonda, anod o'rtada, chap tomonda issiqlik qabul qiluvchisi bor. Soat 10 holatidagi elektrod antikatoddir. Yuqoridagi qurilma gaz bosimini tartibga solish uchun ishlatiladigan "yumshatuvchi" dir.

Kruoks naychalari rentgen nurlarini yaratish uchun zarur bo'lgan elektronlarni hosil qildi ionlash isitiladigan o'rniga kolba ichidagi qoldiq havo filament, shuning uchun ular qisman, ammo to'liq emas edi evakuatsiya qilingan. Ularning tarkibiga a stakan 10 ga yaqin lampochka−6 5 × 10 gacha−8 atmosfera bosimi ning havo (0,1 dan 0,005 gacha) Pa ). Ularda bor edi alyuminiy katod trubaning bir uchidagi plastinka va a platina anod boshqa uchida maqsad. Anod yuzasi burchak ostida joylashganki, rentgen nurlari trubaning yon tomoni orqali tarqaladi. Katod konkav edi, shuning uchun elektronlar anoddagi kichik (~ 1 mm) nuqtaga, taxminan nuqta manbai rentgen nurlari natijasida aniq tasvirlar paydo bo'ldi. Naychada uchinchi elektrod bor edi, anodga ulangan antikatod. Bu rentgen chiqishini yaxshiladi, ammo bunga erishish usuli tushunilmaydi. Keyinchalik keng tarqalgan tartibda anod katod bilan antikatod o'rtasida bo'lgan mis plastinka antikatodidan (tuzilishi bo'yicha katodga o'xshash) foydalanilgan.

Ishlash uchun, a DC bir nechta kuchlanish kilovolt anodlar va katod o'rtasida 100 kVgacha, odatda an tomonidan hosil qilingan induksion lasan, yoki kattaroq naychalar uchun, an elektrostatik mashina.

Crooking naychalari ishonchsiz edi. Vaqt o'tishi bilan qoldiq havo quvur devorlariga singib, bosimni pasaytiradi. Bu naychadagi kuchlanishni oshirib, "qattiqroq" rentgen nurlarini hosil qiladi, oxir-oqibat naycha ishlamay qolguncha. Buning oldini olish uchun "yumshatuvchi" moslamalar ishlatilgan (rasmga qarang). Asosiy trubaning yon tomoniga bog'langan kichik trubkada slyuda yengi yoki kimyoviy moddasi mavjud bo'lib, u qizdirilganda ozgina miqdorda gaz chiqarib, to'g'ri bosimni tiklaydi.

Naychaning shisha konvertlari uning tuzilishiga ta'sir qiladigan rentgen nurlari tufayli ishlatishda qorayadi.

Coolidge tube (issiq katod naychasi)

Coolidge yon oynasining trubkasi (sxemasi)
  • C: filament / katod (-)
  • A: anod (+)
  • Vyilda va Vchiqib: sovutish moslamasining suv kirishi va chiqishi

Coolidge trubkasida elektronlar tomonidan ishlab chiqariladi termion ta'sir dan volfram filament elektr toki bilan isitiladi. Filaman trubaning katodi hisoblanadi. Yuqori kuchlanish potentsiali katod va anod o'rtasida, elektronlar shunday tezlashtirilgan va keyin anodni urib qo'ying.

Ikkita dizayn mavjud: deraza oynalari va yon oynalar quvurlari. Oxirgi oyna naychalari odatda "uzatish nishoniga" ega bo'lib, u rentgen nurlari nishondan o'tishi uchun etarlicha ingichka bo'ladi (rentgen nurlari elektronlar harakatlanayotgan yo'nalishda chiqadi.) Oxirgi oyna naychasining bitta keng tarqalgan turida, filament anod atrofida ("halqa" yoki halqa shaklida), elektronlar egri yo'lga ega (toroidning yarmi).

Yon oynadagi naychalarning o'ziga xos xususiyati - bu an elektrostatik ob'ektiv nurni anodning juda kichik joyiga yo'naltirish uchun ishlatiladi. Anod maxsus ravishda elektronlarning shu qadar kuchli zarbasi natijasida hosil bo'lgan issiqlik va aşınmayı tarqatish uchun mo'ljallangan. Anod elektron oqimiga perpendikulyar ravishda 1-20 darajagacha aniq burchak ostida joylashganki, bu elektron oqim yo'nalishiga perpendikulyar ravishda chiqariladigan ba'zi rentgen fotonlarining qochishiga imkon beradi. Anod odatda volfram yoki molibdendan tayyorlanadi. Naychada hosil bo'lgan rentgen fotonlaridan qochish uchun mo'ljallangan oyna mavjud.

Kulidj trubasining quvvati odatda 0,1 dan 18 gacha kVt.

Aylanadigan anod naychasi

Soddalashtirilgan aylanadigan anodli naycha sxemasi
  • Javob: Anod
  • C: katod
  • T: Anod maqsadlari
  • V: rentgen oynasi
odatda aylanadigan anodli rentgen trubkasi

Statsionar anodning fokusli nuqtasida (katoddan keladigan elektronlar nurlari tushadigan maydon) katta miqdordagi issiqlik hosil bo'ladi. Aksincha, aylanadigan anod elektron nurni anodning kattaroq maydonini supurishiga imkon beradi va shu bilan ajralib chiqadigan nurlanishning yuqori intensivligi afzalligini sotib oladi va shu bilan birga uning statsionar holatiga nisbatan anodga etkazilgan zarar kamayadi.[8]

Ta'sir paytida fokusli nuqta harorati 2500 ° C (4530 ° F) ga etishi mumkin, va anod birikmasi bir qator katta ta'sirlardan so'ng 1000 ° C (1.830 ° F) ga yetishi mumkin. Oddiy anodlar - bu grafit bilan mustahkamlangan, molibden yadrosidagi volfram-reniy nishonidir. The reniy qiladi volfram elektron nurlari ta'sirida ko'proq egiluvchan va aşınmaya bardoshli. The molibden nishondan issiqlikni o'tkazadi. The grafit anod uchun termal saqlashni ta'minlaydi va anodning aylanadigan massasini minimallashtiradi.

Mikrofokusli rentgen trubkasi

Ba'zi rentgen tekshiruvlari (masalan, masalan, buzilmaydigan sinov va 3-o'lchovli mikrotomografiya ) juda yuqori aniqlikdagi rasmlarga muhtoj va shuning uchun odatda 50 mm dan past bo'lgan juda kichik fokusli nuqta o'lchamlarini hosil qiladigan rentgen naychalari kerak. Ushbu naychalar mikrofokusli rentgen naychalari deb ataladi.

Mikrofokusli rentgen naychalarining ikkita asosiy turi mavjud: qattiq anodli va metall-reaktiv anodli naychalar.

Qattiq anodli mikrofokusli rentgen naychalari printsipial jihatdan Kudidj trubkasiga juda o'xshashdir, ammo muhim farq bilan elektron nurlarini anoddagi juda kichik joyga qaratishga e'tibor berildi. Ko'p mikrofokusli rentgen manbalari 5-20 mkm oralig'idagi diqqat markazlari bilan ishlaydi, ammo o'ta og'ir holatlarda 1 mkm dan kichik dog'lar paydo bo'lishi mumkin.

Qattiq anodli mikrofokusli rentgen naychalarining muhim kamchiligi ular ishlaydigan juda kam quvvatdir. Anodning erishini oldini olish uchun elektron nurlanish kuchining zichligi maksimal qiymatdan past bo'lishi kerak. Ushbu qiymat anod materialiga qarab 0,4-0,8 Vt / mm oralig'ida joylashgan.[9] Demak, 10 mkm elektron-nurli fokusga ega bo'lgan qattiq anodli mikrofokus manbai 4-8 Vt quvvatda ishlashi mumkin.

Yilda metall-reaktiv anodli mikrofokusli rentgen naychalari qattiq metall anot elektron nurli nishon vazifasini bajaradigan suyuq metall jeti bilan almashtiriladi. Metall reaktiv anotning afzalligi shundaki, maksimal elektron-nurli quvvat zichligi sezilarli darajada oshadi. 3-6 Vt / mm oralig'idagi qiymatlar turli xil anodli materiallar (galliy va qalay) uchun xabar berilgan.[10][11] 10 mkm elektron-nurli fokusli holatida, metall-anodli mikrofokusli rentgen manbai 30-60 Vtda ishlashi mumkin.

Metall-reaktiv rentgen trubkasi uchun quvvat zichligi darajasining oshishining asosiy foydasi shundaki, rasm o'lchamlarini oshirish va shu bilan birga tasvirni tezroq olish uchun kichikroq fokusli nuqta bilan, masalan, 5 mm. 10 mkm fokal dog'lari bo'lgan qattiq anodli naychalarga qaraganda yuqori (15-30 Vt).

Vakuumli naychalardan rentgen nurlarini olish xavfi

X-nurlarini ishlab chiqarishga qodir ikkita yuqori kuchlanishli rektifikator naychalari

Har qanday vakuum trubkasi bir necha ming voltdan va undan yuqori voltajda ishlash rentgen nurlarini kiruvchi yon mahsulot sifatida ishlab chiqarishi mumkin va bu xavfsizlik muammolarini keltirib chiqaradi.[12][13] Kuchlanish qanchalik yuqori bo'lsa, natijada paydo bo'ladigan nurlanish shunchalik chuqurroq kirib boradi va xavf ko'proq bo'ladi. CRT bir paytlar rangli televizorlarda va kompyuter displeylarida keng tarqalgan displeylar ishlaydi 3-40 kilovolt,[14] ularni maishiy texnika orasida asosiy muammoga aylantirish. Tarixiy jihatdan tashvish kamroq e'tiborni o'ziga qaratgan katod nurlari trubkasi, chunki uning qalin shisha konverti yuqori kuchlanish (HV) ga qaraganda ekranlash uchun bir necha funt qo'rg'oshin bilan singdirilgan. rektifikator va voltaj regulyatori ichidagi naychalar. 1960-yillarning oxirlarida ba'zilarining elektr quvvati ta'minot tizimidagi nosozlik aniqlandi General Electric Televizorlar regulyator trubkasida haddan tashqari kuchlanish qoldirib, uning rentgen nurlarini chiqarishi mumkin.[iqtibos kerak ] Modellar esga olindi va yuzaga kelgan mojaro AQShning ushbu xavfni tartibga soluvchi agentligiga sabab bo'ldi Qurilmalar va radiologik salomatlik markazi ning Oziq-ovqat va dori-darmonlarni boshqarish (FDA), ishlamay qolganda ortiqcha kuchlanishni oldini olish uchun barcha televizorlarning sxemalarini o'z ichiga olishi kerak.[iqtibos kerak ] Haddan tashqari kuchlanish bilan bog'liq xavf hamma paydo bo'lishi bilan yo'q qilindi qattiq holat CRT yonida naychalari bo'lmagan televizorlar. 1969 yildan beri FDA televizor rentgen nurlanishini 0,5 mR ga chekladi (milliroentgen ) soatiga. The tekis ekranlar bugungi kunda ishlatiladigan rentgen nurlarini chiqaradigan vakuumli naychalarga ega emas.

Shuningdek qarang

Patentlar

Adabiyotlar

  1. ^ Behling, Rolf (2015). Zamonaviy diagnostik rentgen manbalari, texnologiyasi, ishlab chiqarish, ishonchlilik. Boka Raton, FL, AQSh: Teylor va Frensis, CRC Press. ISBN  9781482241327.
  2. ^ Kulidj, AQSh Patenti 1,203,495 . Afzallik sana 1913 yil 9-may.
  3. ^ Doimiy va xarakterli chiziqlar diagrammasi Arxivlandi 2008 yil 23 fevral, soat Orqaga qaytish mashinasi
  4. ^ Jon G. Stirs; Joel P. Felmle; Joel E. Grey (1986 yil sentyabr), "qarang, rentgen naychasida volframning ko'payishi tufayli yarim qiymatli o'sish: haqiqat yoki uydirma", Radiologiya, 160 (3): 837–838, doi:10.1148 / radiologiya.160.3.3737925, PMID  3737925
  5. ^ http://sprawls.org/ppmi2/XRAYHEAT/
  6. ^ http://sprawls.org/ppmi2/XRAYHEAT/
  7. ^ Perri Sprawls, tibbiyot fanlari nomzodi Rentgen naychasini isitish va sovutish, dan "Tibbiy tasvirlashning fizik asoslari" ning veb-nashri, 2-Ed.
  8. ^ https://patents.google.com/patent/US2900543A/en
  9. ^ D. E. Grider, Rayt va P. K. Ousbern (1986), "Mikrofokusli rentgen naychalarida elektron nurlarining erishi", J. Fiz. D: Appl. Fizika. 19: 2281-2292
  10. ^ M. Otendal, T. Tuohimaa, U. Vogt va H. M. Xertz (2008), "9 keV elektron ta'sirli suyuqlik-galyum-reaktiv rentgen manbai", Vahiy Sci. Asbob. 79: 016102
  11. ^ T. Tuohimaa, M. Otendal va H. M. Xertz (2007), "Suyuq metall-jet-anodli mikrofokus manbai bilan fazali kontrastli rentgenografiya", Appl. Fizika. Lett. 91: 074104
  12. ^ "Biz sizga televizion nurlanish haqida bilishingizni istaymiz". Qurilmalar va radiologik salomatlik markazi, AQSh FDA. 2006. Arxivlangan asl nusxasi 2007 yil 18-dekabrda. Olingan 2007-12-24.
  13. ^ Pickering, Martin. "Rentgen nurlaridan himoya qilishning norasmiy tarixi". ilmiy-elektronika. ta'mirlash bo'yicha savollar. Olingan 2007-12-24.
  14. ^ Xong, Mishel. "Televizion rasm naychasining kuchlanishi". Olingan 11 avgust 2016.

Tashqi havolalar