X线管阳极结构

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1、第一节固定阳极X线管一、结构固定阳极X线管是诊断用X线管中最简单的一种，如图3-1所示，其结构主要由阳极、 阴极和玻璃壳三部分组成。（一）阳极阳极的主要作用是阻挡高速运动的电子流而产生X线，同时将曝光时产生的热量辐射或 传导出去；其次是吸收二次电子和散乱射线。固定阳极X线管的阳极结构由阳极头、阳极帽、玻璃圈和阳极柄四部分组成。固定阳极X线管的阳极结构1. 阳极头 它由靶面和阳极体组成。靶面的作用是承受高速运动的电子流轰击，产生 X线（曝光）。但由于曝光时，只有不到1%的电子流动能转换为X线能，其余均转化为 热能，所以曝光时，靶面将产生大量的热量而使其工作温度很高。又由于辐射的X线强 度与靶面材

2、料的原子序数成正比，所以X线管的靶面材料一般都选用钨（Z=74），故称 为钨靶。钨的特点是熔点高（3370C），蒸发率低，原子序数大，又有一定的机械强度。 但钨的导热率小，受电子轰击后产生的热量不能很快地传导出去，故常把厚度为1.5 3mm的钨靶面用真空熔焊的方法焊接到导热率较大的无氧铜制成的阳极体上。这样制成 的阳极头不但辐射X线的效率高，而且具有良好的散热性能。固定阳极X线管的靶面静止不动，电子流总是轰击在靶面固定的同一位置上。由于单位 面积上所承受的最大功率是一定的，所以固定阳极X线管的功率是有限的。2. 阳极帽 它又称阳极罩或反跳罩，由含钨粉的无氧铜制成，依靠螺纹固定到阳极头 上,其主

3、要作用是吸收二次电子和散乱射线。阳极帽上有两个圆口：头部圆口面对阴极， 是高速运动的电子流轰击靶面的通道；侧下部圆口向外，是X线的辐射通道，有的X线 管在此圆口处加上了一层金属铍片，以吸收软X线，降低病人皮肤剂量。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，这部分电子称 为二次电子。二次电子有害无益，其能量较大（约为原来的99%），轰击到玻璃壳内壁 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穿；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，将辐射出非焦点散射X线，使X线影 像质量降低；二次电子还会附着在玻璃壁上，造成整个管壁电位分布极不均匀，产

4、生纵 向应力，易致玻璃壁损坏。阳极帽罩在靶面的四周，与阳极同电位，故它可以吸收50%60%的二次电子，并可吸收 一部分散乱X线，从而保护X线管和提高影像质量。3. 玻璃圈 它是阳极和玻璃壳的过渡连接部分，由4J29膨胀合金（镍29%,钻17%, 余为铁）圈与玻璃喇叭两部分封焊而成。其中，玻璃端与玻璃壳封接，膨胀合金端与阳 极头焊接在一起。4. 阳极柄 它由无氧铜制成，呈圆柱体状且横截面较大，与阳极头的铜体相连，是阳 极引出管外的部分。它的管外部分浸在变压器油中，通过与油之间的热传导，将靶面的 热量传导出去，从而提高了阳极的散热速率。（二）阴极阴极的作用是发射电子并使电子流聚焦，使轰击在靶面上的

5、电子流具有一定的大小、形 状。其结构主要由灯丝、阴极头、阴极套和玻璃芯柱等四部分组成，固定阳极X线管的阴极结构1. 灯丝 它的作用是发射电子。灯丝由钨制成，因为钨在高温下有一定的电子发射能 力、熔点较高、延展性好、便于拉丝成形、抗张力性好、且在强电场下不易变形等特点。 诊断用X线管的灯丝都绕成小螺线管状。灯丝电压一般为交流510V、50Hz，灯丝电流一般为29A，36A的占多数。灯丝通 电后，温度逐渐上升，到一定温度（约2100K）后开始发射电子。灯丝发射电子与温度 之间的关系（灯丝电子发射特性曲线），如图3-4所示。对于给定的灯丝，在一定范围 内，灯丝电压越高，灯丝温度也越高，发射电子的数量

6、就越大。从图中可以看出：调 节灯丝的加热电压即可改变灯丝发射的电子数量；灯丝温度与发射电子的数量关系是 呈指数的非线性关系。因此，调试X线机的管电流（mA）值时，要当心，特别是在调整 大mA档时要小幅调整，以免灯丝烧断而损坏X线管；另外，更换X线管时，必须按照 新换X线管的灯丝加热参数、仔细调整灯丝加热电路，使各mA档数值准确。灯丝电子发射特性曲线一般情况下，灯丝点燃时间越长，工作温度越高，钨的蒸发越快，灯丝寿命越短。如果 灯丝电流比额定值升高5%，灯丝寿命则缩短一倍，如图3-5所示。实际工作中是按照管 电流需要来确定灯丝加热温度的，因此只能靠缩短灯丝的点燃时间来延长灯丝的寿命。X线管灯丝加热

7、和寿命关系曲线另外，功率较大的X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 不同的灯丝，长的灯丝加热电压高，发射电流大，形成大焦点；短的灯丝加热电压低， 发射电流小，形成小焦点，这种X线管称为双焦点X线管，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。双焦点阴极结构2. 阴极头 它又称聚焦槽、聚焦罩或集射罩。它由纯镍或铁镍合金制成长方形槽，其 作用是对灯丝发射的电子进行聚焦。灯丝发射的大量电子，在电场的作用下，高速飞向 阳极，但由于电子之间相互排斥，致使电子流呈散射状。为使电子聚焦成束状飞向阳极， 将灯丝装入被加工成圆弧直槽或阶梯直槽的阴极头内，灯丝

8、的一端与其相联，两者获得 相同的负电位，借其几何形状，形成一定的电位分布曲线，迫使电子呈一定形状和尺寸 飞向阳极，达到聚焦的目的。在自整流X线机中，负半周时，聚焦罩还可以吸收二次电 子，以保护灯丝和玻璃壳的安全。（三）玻璃壳玻璃壳又称管壳，用来固定，支撑阴、阳两极并保持管内的真空度，通常采用熔点高、 绝缘强度大、膨胀系数小的钼组硬质玻璃（如国产DM-305）制成。由于钼组玻璃壳与阴、 阳两极的金属膨胀系数不同，两者不宜直接焊接，故在铜体上镶有含54%铁、29%镍、17% 钻的合金圈作为中间过渡体，再将玻璃壳焊接在合金圈上，使合金圈与硬质玻璃膨胀系 数相近，以避免因温度变化而造成结合部的玻璃出现

9、裂缝或碎裂。有的X线管还将X线 射出口处的玻璃加以研磨，使其略薄，以减少玻璃对X线的吸收。为防止X线管管内气体放电，保证阴极发射的电子能畅通无阻挡地高速飞向阳 极，管内的真空度应保持在133.3?/span10-7Pa（10-7mmHg）以下；另外，装入管内的所 有零件都必须经过严格清洗去油和彻底除气（通常采用高频真空加热抽气）。固定阳极X线管的主要缺点是：焦点尺寸大、瞬时负载功率小。目前，在医用诊 断X线机中，固定阳极X线管已多被旋转阳极X线管取代。但固定阳极X线管结构简单、 价格低，在小型X线机、治疗X线机（阳极循环冷却）等装置中仍被采用。第一节（二）固定阳极X线管焦点二、X线管的焦点在X

10、线成像系统中，对X线成像质量影响最大的因素之一就是X线管的焦点。因此，实 际工作中对X线管的焦点要求比较严格。（一）实际焦点实际焦点是指灯丝发射的电子经聚焦后在靶面上的瞬间轰击面积。目前，医学诊断用X 线管的灯丝均绕成螺管状，灯丝发射的电子经聚焦后，以细长方形轰击在靶面上，形成 细长方形的焦点，故称为线焦点。实际焦点的大小（一般指宽度），主要取决于聚焦罩的形状、宽度和深度。实际焦点越 大（受轰击的靶面积越大，可承受的功率值相应增加），X线管的容量就越大，曝光时 间就可以缩短。我国生产的X线管大多数采用单槽或阶梯槽结构，聚焦罩及其电位分布，电子轨迹在电场作用下，实际焦点面上的电子密度分布不同，其

11、X线辐射强度的分布呈单峰、双 峰甚至多峰型。在同样焦点尺寸的情况下，焦点中央辐射强度越强（呈高斯分布），其 影像分辨力越高；其次为矩形分布；最差为双峰分布。医学诊断用X线管的焦点一般是 双峰分布。X线辐射强度分布（二）有效焦点有效焦点亦称为作用焦点，是指实际焦点在X线投照方向上的投影。实际焦点在垂直于 X线管长轴方向的投影，称为标称焦点。有效焦点的标称值为一无量纲的数值，但目前， 有效焦点的标注方法仍用习惯标注法，如：2.0mm?/span2.0mm、1.0mm?/span1.0mm 或0.3mm?/span0.3mm等。但X线管特性参数表中标注的焦点为标称焦点。实际焦点与有效焦点有效焦点与实

12、际焦点之间的关系。设实际焦点宽度为a,长度为b，则投影后的长度为b， 宽度不变，即：有效焦点二实际焦点?/span式中表示阳极靶面与X线投照方向的夹角。当投照方向与X线管长轴垂直时，。角称为靶角或阳极倾角，一般为7。20o。靶角是 一个与容量和X线辐射强度的分布密切相关的重要参数。例如，有一个靶角为19。的固 定阳极X线管，实际焦点长为5.5mm，宽为1.8mm。根据上式可以计算出有效焦点的长 是：5.5?/span5.5?/span0.33=1.8mm，其宽度不变，即有效焦点近似为 1.8mm?/span1.8mm 的正方形。X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。

13、减小有效焦 点面积可通过减小靶角来实现，但靶角太小，由于X线辐射强度分布的变化，投照方向 的X线量将大量减少，所以靶角要合适，一般固定阳极X线管的靶角为15啊?/span20 啊R部梢酝U跣丘导式沟忝婊约跣行M沟忝婊导式沟忝婊跣螅?/span200W/mm2 的限制，X线管的容量也将随之减小。（三）有效焦点与成像质量有效焦点尺寸越小，影像清晰度就越高。焦点与影像清晰度的关系当有效焦点为点光源时，图像的边界分明，几何模糊小，影像清晰度高；有效焦点越大， 图像边界上的半影也越大，几何模糊大，影像清晰度降低。减小有效焦点，势必减小实 际焦点，X线管的功率随之减小，曝光时间需增加，这将会引起运动模糊。

14、由此可见， 减小焦点面积以减小几何模糊、改善影像清晰度和增大X线管的功率以缩短曝光时间、 减小运动模糊是一对矛盾。固定阳极X线管常采用双焦点的办法来折中几何模糊和运动 模糊之间的矛盾；另一更有效的方法是采用旋转阳极X线管。（四）焦点的方位性 由于X线呈锥形辐射，所以在照射野不同方向上投影的有效焦点不同。由图可见，投影 方位愈靠近阳极，有效焦点尺寸愈小；愈靠近阴极，则有效焦点尺寸愈大（宽度不变）。 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、X线输出窗中心与投影中心三点一线，即 X线中心线应对准影像中心。焦点方位特性（五）

15、焦点增涨当管电流增大时，电子数量增多，由于电子之间库仑力斥力的作用，使焦点尺寸出现增 大的现象，称为焦点增涨。用针孔照相法拍摄的焦点像。由图可见，管电压（kV）定 时，随着管电流的增大、焦点增涨的程度变大。管电压的变化对焦点增涨大小的影响远 较管电流的变化影响小，但管电压的变化将改变电位分布曲线，使主、副焦点的形成发 生变化，一般情况下，对小焦点增涨影响较大。三、软X线管（一）特点当对乳房等软组织进行X线摄影时，用普通X线管得不到满意的摄影效果。为提高X线 影像的对比度，须使用大剂量的软X线，为此一般使用软X线管来产生软X线。软X线管具有以下特点：X线输出窗的固有过滤小；在低管电压时能产生较大

16、的管 电流；焦点小。（二）结构1. 铍窗软X线管的输出窗口一般用铍（原子序数为4）制成，其X线吸收性能低于 玻璃，固有滤过很小，软X线极易通过铍窗，可获得大剂量的软X线。2. 钼靶 软X线管的阳极靶材料一般是由钼（原子序数为42，熔点2622C ）或者铑 （原子序数为45,熔点为1966C ）制成的。临床实验证明，软组织摄影时最适宜的X线波长是0.060.09nm。而软X线管在管电压高于20kV时，除辐射连续X线外，还能 辐射出波长为0.07nm和0.063nm的特征X线，如图3-26所示。摄影时主要是利用钼靶 辐射的特征X线。一般要加上0.03mm的钼片，钼片对波长小于0.063nm的稍硬X线具 有强烈的选择性吸收作用而使其滤除，同时波长大于0.07nm的较软X线被钼片本