X光管的使用壽命分析

1、X 光管的使用壽命分析X 光管有多種分類形式，按照封裝形式可分為玻璃封裝和金屬陶瓷封裝。玻璃封裝X光管，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，功率一般較小，多用于熒光分析儀器。近些年隨著熒光分析儀器在中國(guó)的普及，越來(lái)越多的客戶開(kāi)始關(guān)注玻璃封裝X光管的壽命問(wèn)題。那么一個(gè) X光管到底能使用多長(zhǎng)時(shí)間呢？最佳的回答是：“這得看情況而定”。盡管這個(gè)回答并不十分令人滿意，但可以通過(guò)核查主要的故障類型來(lái)確定這一答案。以下是常見(jiàn)的X光管的故障原因，提供給讀者這些必要的信息是用來(lái)評(píng)測(cè)光管的預(yù)期使用壽命?！卞e(cuò)誤的使用方式（一）熱使用X光管最頻繁發(fā)生故障的原因是沒(méi)有對(duì)工作中的 X光管進(jìn)行充分散熱。我們知道被給予動(dòng)能的電子束在

2、撞擊陽(yáng)極靶時(shí)99%的能量會(huì)以熱的形式散發(fā)。一個(gè)50W的X光管通過(guò)轉(zhuǎn)化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生約 49.8W的熱能，再加上螺旋狀的 鎢燈絲產(chǎn)生的熱能，由此我們可以看到散熱是一個(gè)很關(guān)鍵的因素。關(guān)于X光管本身，如果由于冷卻不充分，會(huì)帶來(lái)以下兩種類型的故障模式：第一就是陽(yáng)極靶材料升華。在轉(zhuǎn)換中，陽(yáng)極靶材料直接地從固體轉(zhuǎn)到氣體（升華）,這種蒸發(fā)迅速降低管子內(nèi)部超高真空的純度。超高真空失純的結(jié)果導(dǎo)致是X光管不能經(jīng)受住陰極電子流（螺旋狀的鴇燈絲）和陽(yáng)極靶之間高電壓差。X光管開(kāi)始短路，或發(fā)生電弧，進(jìn)而蒸發(fā)更多的氣體，依次降低更多的真空 純度，并最終導(dǎo)致X光管不能再運(yùn)行。第二個(gè)故障類型是由于不正確的散熱會(huì)釋放破壞性的離子。如

3、果X光管陽(yáng)極所受到的負(fù)荷超過(guò)靶材蒸汽壓力點(diǎn)，然后釋放離子。依次，這些釋放的離子會(huì)被吸引向螺旋狀的鎢燈絲，并開(kāi)始通過(guò)離子滌氣過(guò)程開(kāi)腐蝕燈絲。燈絲出現(xiàn)損壞或斷路，結(jié)果導(dǎo)致燈絲過(guò)早的失效。要防止這兩種類型的故障，就要求冷卻系統(tǒng)正常運(yùn)行以防止 X光管過(guò)熱。 如果冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，應(yīng)及時(shí)停止 X光管繼續(xù)工作。牛津儀器現(xiàn)在生產(chǎn)的封 裝X光管的自動(dòng)熱保護(hù)功能就起到這樣的作用。（二）燈絲蒸發(fā)在產(chǎn)生X射線的過(guò)程中，需要加熱鴇絲產(chǎn)生電子流。當(dāng)鴇絲被加熱到大約 2000 度，鎢絲就成了一個(gè)大量電子的發(fā)射器。從這一點(diǎn)上，設(shè)計(jì)上需要考慮X光管的高性能和燈絲壽命最大化之間的平衡。對(duì)那些尋求使用小焦點(diǎn)X光管的使用者來(lái)說(shuō)，在

4、X光管設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮燈絲長(zhǎng)度和小焦點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系?？紤]到這點(diǎn)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的燈絲“驅(qū)動(dòng)器 ”電路必須能夠非常精細(xì)的控制燈絲電流。這是由于燈絲電流和燈絲線自身的實(shí)際溫度之間有很重要的關(guān)系。舉例來(lái)說(shuō)，牛津儀器5000系列的X光管需要在大于1.5安培的電流和2伏特電壓下才能達(dá)到產(chǎn)生電子流的燈絲溫度。但是，電流高于 1.7 安培，燈絲就達(dá)到了一個(gè)非常高的蒸發(fā)區(qū)，到達(dá)1.75安培，燈絲就達(dá)到了它的熔點(diǎn)，導(dǎo)致燈絲斷開(kāi)。因此，精細(xì)的燈絲控制電路是延長(zhǎng)X光管使用壽命的基本點(diǎn)，絕大多數(shù)X光管電源都有這種嚴(yán)密的電路設(shè)計(jì)以防止燈絲承受超 大電流?；旧险f(shuō)，X光管的使用者都了解燈絲允許通過(guò)的最大電流，挑選的X光管電源

5、都有設(shè)置燈絲電流極限的功能。再?gòu)?qiáng)調(diào)一次，一個(gè)經(jīng)常出現(xiàn)的故障就是燈絲電流過(guò)大。要保證最佳的運(yùn)行過(guò)程，就要從牛津儀器購(gòu)買(mǎi)電源。這樣做才能保證所使用的電源和X光管相匹配，才會(huì)有完全保證燈絲電流不達(dá)到極限功 能。使用者已經(jīng)考慮到充分的冷卻和防止 X光管過(guò)熱的綜合設(shè)計(jì)，并已選擇了 正確保護(hù)燈絲的電源，那么剩下的問(wèn)題就是考核螺旋狀鎢燈絲本身的壽命極限了。正如上文中提到的，螺旋狀的鎢燈絲遇熱會(huì)產(chǎn)生電子。這樣，出現(xiàn)蒸發(fā)是個(gè)很自然的過(guò)程，正如在正常操作許多個(gè)小時(shí)后，燈絲會(huì)變細(xì)導(dǎo)致故障。在圖表1中可以看到，燈絲電流與所 X射線管的高壓有關(guān)。因此，測(cè)定預(yù)期的螺旋狀鎢燈絲使用壽命，必須評(píng)估其全部使用時(shí)間內(nèi)的平均燈絲電流。蒸發(fā)比率可以被用來(lái)估算普通燈絲壽命（圖表2）。舉例來(lái)說(shuō)，如果使用者在40 千伏電壓、1.0mA電流下正常操作X光管，在這就要求燈絲電流近似1.60安培。從圖表 2 中，我們可以看出燈絲大約有400 小時(shí)的預(yù)期使用壽命。圖表1.牛津儀器5000系列X光管要求的燈絲電流圖表2.牛津儀器5000系列X光管燈絲壽命結(jié)論正如我們看到的，如果