X射线管

X 射线管是工作在高电压下的真空二极管。包含有两个电极：一个是用于发射电子的灯丝，作为阴极，另一个是用于接受电子轰击的靶材，作为阳极。两极均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。

简介

利用高速电子撞击金属靶面产生 X射线的真空电子器件。按照产生电子的方式,X射线管可分为充气管和真空管两类。

充气X射线管是早期的X射线管。1895年，W.C.伦琴在进行克鲁克斯管实验时发现了 X射线。克鲁克斯管就是最早的充气X射线管。这种管接通高压后,管内气体电离，在正离子轰击下，电子从阴极逸出，经加速后撞击靶面产生X射线。充气X射线管功率小、寿命短、控制困难，后已很少应用。1913年，W.D.库利吉发明了真空 X射线管。管内真空度不低于10-4 帕。阴极为直热式螺旋钨丝，阳极为铜块端面镶嵌的金属靶。根据管子的用途选择靶材和电子束能量，常用钨作靶材。在某些用途下，还采用银、钯、铑、钼、铜、镍、钴、铁、铬等材料。阴极工作温度约为2000K,发射出的电子经数万至数十万伏高压加速后撞击靶面。阴极被一个前端开槽的金属罩包围。金属罩的电位等于或低于阴极，迫使电子聚焦在靶面上的一个狭窄区域内,形成焦斑。X射线就从焦斑上向各个方向辐射，通过管壁上的窗口输出。窗口一般用对 X射线吸收很小的铍、铝或轻质玻璃制成，以铍片为最佳。

原理

X 射线管包含有阳极和阴极两个电极，分别用于用于接受电子轰击的靶材和发射电子的灯丝。两极均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。X 射线管供电部分至少包含有一个使灯丝加热的低压电源和一个给两极施加高电压的高压发生器。当钨丝通过足够的电流使其产生电子云，且有足够的电压（千伏等级）加在阳极和阴极间，使得电子云被拉往阳极。此时电子以高能高速的状态撞击钨靶，高速电子到达靶面，运动突然受到阻止，其动能的一小部分便转化为辐射能，以 X 射线的形式放出，以这种形式产生的辐射称为轫致辐射。改变灯丝电流的大小可以改变灯丝的温度和电子的发射量，从而改变管电流和 X 射线强度的大小。改变 X 光管激发电位或选用不同的靶材可以改变入射 X 射线的能量或在不同能量处的强度。由于受高能电子轰击，X 射线管工作时温度很高，需要对阳极靶材进行强制冷却。虽然 X 射线管产生 X 射线的能量效率十分低下，但是在目前，X 射线管依然是最实用的 X 射线发生器件，已经广泛应用于 X 射线类仪器。目前医疗用途主要分为诊断用 X 射线管和治疗用 X 射线管。

对X射线管的要求是焦点小，强度大,以形成较大的功率密度。因此，在阳极上须供给比较大的功率,但X射线管的效率很低，99%以上的电子束功率成为阳极热耗，而使焦斑过热。避免阳极过热的方法是对阳极或管子采取不同方式的冷却，以降低焦斑处的温度，或使靶面倾斜一定角度，以提供较大的散热面积。后又出现旋转阳极X射线管，因靶面高速旋转（达10000转/分），允许功率密度高、焦点小。现代出现一种在阳极靶面与阴极之间装有控制栅极的X射线管,在控制栅上施加脉冲调制，以控制X射线的输出。改变脉冲宽度及重复频率,即可调整定时重复曝光。

分类

按照产生电子的方式 ,X 射线管可分为充气管和真空管两类。

根据密封材质不同，可分为玻璃管、陶瓷管和金属陶瓷管。

根据用途不同，可分为医疗 X 射线管和工业 X 射线管。

根据密封方式不同，可分为开放式 X 射线管和密闭式 X 射线管。开放式 X 射线管在使用过程中需要不断抽真空。密闭式 X 射线管生产 X 射线管时抽真空到一定程度后立即密封，使用过程中无需再次抽真空。

结构

固定阳极X射线管是常用X射线管中最简单的一种，其结构由阳极、阴极和固定两极并保持玻璃管内高真空的玻璃壳等三部分组成。

阳极由阳极头、阳极帽、玻璃圈和阳极柄构成。阳极的主要作用使由阳极头的靶面（一般选用钨靶）阻挡高速运动的电子流而产生X射线，并将由此产生的热量辐射或者通过阳极柄传导出去，同时也吸收二次电子和散乱射线。钨合金X射线管工作中产生X射线仅仅利用了不到高速运动电子流1%的能量，因此散热是X射线管很重要的问题。阴极主要由灯丝、聚焦罩（或者称为阴极头）、阴极套和玻璃芯柱等组成。轰击阳极靶的电子束，就是靠热阴极的灯丝（一般都是钨丝）发射出来，在钨合金X射线管高电压加速下经聚焦罩（阴极头）聚焦形成的。高速运动的电子束撞击阳极靶而突然受阻则产生了某段能量连续分布的X射线（其中并有反映阳极靶金属的特征X射线）。

应用

X射线管在医学上用于诊断和治疗,在工业技术方面用于材料的无损检测、结构分析、光谱分析和底片曝光等。X射线对人体有害，使用时须采取有效防护措施。

常见故障分析

故障一：旋转阳极转子的故障

（1）现象

① 电路正常，但转速明显下降；静转时间短；曝光时阳极不转动；② 曝光时，管电流剧增，电源保险丝熔断；阳极靶面某点被熔化。

（2）分析

长期工作后导致轴承磨损变形及间隙改变，固体润滑剂分子结构也会改变。

故障二：X 射线管阳极靶面损坏

（1）现象

① X 射线输出量显著下降，X 射线胶片感光度不足；② 由于阳极金属被高温蒸发，可见玻璃壁镀有薄薄的金属层；③ 通过放大镜，可见靶面有龟裂、裂纹及熔蚀等现象；④ 焦点严重熔化时溅落的金属钨可能使 X 射线管爆裂损坏。

（2）分析

① 过负荷使用。有两种可能：一种是过载保护电路失灵使一次曝光过载；另一种是多次曝光，造成累积性过载而熔化蒸发；② 旋转阳极 X 射线管转子卡死或启动保护电路出现故障，在阳极不转动或转速过低的情况下曝光，导致阳极靶面瞬间熔化蒸发；③ 散热不良。如散热体与阳极铜体接触不够紧密或油垢过多。

故障三：X 射线管灯丝开路

（1）现象

① 曝光时无 X 射线产生，毫安表无指示；② 通过 X 射线管窗口可见灯丝不亮；③ 测量 X 射线管灯丝，阻值为无穷大。

（2）分析

① X 射线管灯丝电压过高，烧断灯丝；② X射线管真空度被破坏，大量的进气使灯丝通电后迅速氧化烧断。

故障四：摄影没有 X 线产生的故障

（1）现象

① 摄影也没有 X 线产生。

（2）分析

①若摄影也没有 X 线产生，则一般先去判断高压是否能够正常送至球管，直接在刚接灯泡

处测量电压即可。以北京万东为例，一般高压变压器初次级电压比为 3:1000，当然注意机器事先预留下的空间。该空间主要由于电源、自耦变压器等存在着内阻，曝光时损耗加大，从而导致的输入电压等下降的现象，该损耗与毫安选择有关，毫安越大，损耗越大，则空载检测电压也应该越高。所以，当维修人员测量出的电压超出 3:1000以外的一定范围内数值也属于正常，该超出数值与毫安选择有关，毫安越大，此数值也越大。由此可判断高压初级电路是否有问题。

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