X線(xiàn)球管原理及球管的應(yīng)用

X線(xiàn)球管原理及球管的應(yīng)用診療用X線(xiàn)球管X線(xiàn)球管是X線(xiàn)機(jī)的重要構(gòu)成部分之一，是產(chǎn)生X線(xiàn)的元件，其作用是將電能轉(zhuǎn)化為X線(xiàn)。自1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X線(xiàn)以來(lái)，X線(xiàn)球管逐步向功率大、焦點(diǎn)小和專(zhuān)用化方向發(fā)展，其構(gòu)造不停改善，先后出現(xiàn)了固定陽(yáng)極、旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極以及多個(gè)特殊X線(xiàn)管。本章重要介紹診療用X線(xiàn)管的基本構(gòu)造、特性、參數(shù)及有關(guān)知識(shí)，并簡(jiǎn)要介紹了多個(gè)特殊X線(xiàn)管和X線(xiàn)管的焦點(diǎn)，為對(duì)的使用X線(xiàn)管打下基礎(chǔ)。第一節(jié)固定陽(yáng)極X線(xiàn)球管一、球管構(gòu)造固定陽(yáng)極X線(xiàn)球管是診療用X線(xiàn)管中最簡(jiǎn)樸的一種，其構(gòu)造重要由陽(yáng)極、陰極和玻璃殼三部分構(gòu)成。（一）陽(yáng)極陽(yáng)極的重要作用是阻擋高速運(yùn)動(dòng)的電子流而產(chǎn)生X線(xiàn)，同時(shí)將曝光時(shí)產(chǎn)生的熱量輻射或傳導(dǎo)出去；另首先是吸取二次電子和散亂射線(xiàn)。固定陽(yáng)極X線(xiàn)球管的陽(yáng)極構(gòu)造由陽(yáng)極頭、陽(yáng)極帽、玻璃圈和陽(yáng)極柄四部分構(gòu)成。1．陽(yáng)極頭它由靶面和陽(yáng)極體構(gòu)成。靶面的作用是承受高速運(yùn)動(dòng)的電子流轟擊，產(chǎn)生X線(xiàn)（曝光）。但由于曝光時(shí)，只有不到1%的電子流動(dòng)能轉(zhuǎn)換為X線(xiàn)能，其它均轉(zhuǎn)化為熱能，因此曝光時(shí)，靶面將產(chǎn)生大量的熱量而使其工作溫度很高。又由于輻射的X線(xiàn)強(qiáng)度與靶面材料的原子序數(shù)成正比，因此X線(xiàn)管的靶面材料普通都選用鎢（Z=74），故稱(chēng)為鎢靶。鎢的特點(diǎn)是熔點(diǎn)高（3370℃），蒸發(fā)率低，原子序數(shù)大，又有一定的機(jī)械強(qiáng)度。但鎢的導(dǎo)熱率小，受電子轟擊后產(chǎn)生的熱量不能很快地傳導(dǎo)出去，故常把厚度為1.5～3mm的鎢靶面用真空熔焊的辦法焊接到導(dǎo)熱率較大的無(wú)氧銅制成的陽(yáng)極體上。這樣制成的陽(yáng)極頭不僅輻射X線(xiàn)的效率高，并且含有良好的散熱性能。固定陽(yáng)極X線(xiàn)球管的靶面靜止不動(dòng)，電子流總是轟擊在靶面固定的同一位置上。由于單位面積上所承受的最大功率是一定的，因此固定陽(yáng)極X線(xiàn)管的功率是有限的。2．陽(yáng)極帽它又稱(chēng)陽(yáng)極罩或反跳罩，由含鎢粉的無(wú)氧銅制成，依靠螺紋固定到陽(yáng)極頭上，其重要作用是吸取二次電子和散亂射線(xiàn)。陽(yáng)極帽上有兩個(gè)圓口：頭部圓口面對(duì)陰極，是高速運(yùn)動(dòng)的電子流轟擊靶面的通道；側(cè)下部圓口向外，是X線(xiàn)的輻射通道，有的X線(xiàn)球管在此圓口處加上了一層金屬鈹片，以吸取軟X線(xiàn)，減少病人皮膚劑量。高速運(yùn)動(dòng)的電子流轟擊靶面時(shí)，會(huì)有少量的電子從靶面反射和釋放出來(lái)，這部分電子稱(chēng)為二次電子。二次電子有害無(wú)益，其能量較大（約為原來(lái)的99%），轟擊到玻璃殼內(nèi)壁上，將使玻璃殼溫度升高而釋放氣體，減少管內(nèi)真空度或使玻璃殼擊穿；二次電子再次被陽(yáng)極吸引轟擊到靶面上時(shí)，由于沒(méi)有通過(guò)聚焦，將輻射出非焦點(diǎn)散射X線(xiàn)，使X線(xiàn)影像質(zhì)量減少；二次電子還會(huì)附著在玻璃壁上，造成整個(gè)管壁電位分布極不均勻，產(chǎn)生縱向應(yīng)力，易致玻璃壁損壞。陽(yáng)極帽罩在靶面的四周，與陽(yáng)極同電位，故它能夠吸取50%～60%的二次電子，并可吸取一部分散亂X線(xiàn)，從而保護(hù)X線(xiàn)管和提高影像質(zhì)量。3．玻璃圈它是陽(yáng)極和玻璃殼的過(guò)渡連接部分，由4J29膨脹合金（鎳29%，鈷17%，余為鐵）圈與玻璃喇叭兩部分封焊而成。其中，玻璃端與玻璃殼封接，膨脹合金端與陽(yáng)極頭焊接在一起。4．陽(yáng)極柄它由無(wú)氧銅制成，呈圓柱體狀且橫截面較大，與陽(yáng)極頭的銅體相連，是陽(yáng)極引出管外的部分。它的管外部分浸在變壓器油中，通過(guò)與油之間的熱傳導(dǎo)，將靶面的熱量傳導(dǎo)出去，從而提高了陽(yáng)極的散熱速率。（二）陰極陰極的作用是發(fā)射電子并使電子流聚焦，使轟擊在靶面上的電子流含有一定的大小、形狀。其構(gòu)造重要由燈絲、陰極頭、陰極套和玻璃芯柱等四部分構(gòu)成，如圖3-3所示。1．燈絲它的作用是發(fā)射電子。燈絲由鎢制成，由于鎢在高溫下有一定的電子發(fā)射能力、熔點(diǎn)較高、延展性好、便于拉絲成形、抗張力性好、且在強(qiáng)電場(chǎng)下不易變形等特點(diǎn)。診療用X線(xiàn)管的燈絲都繞成小螺線(xiàn)管狀。燈絲電壓普通為交流5～10V、50Hz，燈絲電流普通為2～9A，3～6A的占多數(shù)。燈絲通電后，溫度逐步上升，到一定溫度（約2100K）后開(kāi)始發(fā)射電子。燈絲發(fā)射電子與溫度之間的關(guān)系（燈絲電子發(fā)射特性曲線(xiàn)），如圖3-4所示。對(duì)于給定的燈絲，在一定范疇內(nèi)，燈絲電壓越高，燈絲溫度也越高，發(fā)射電子的數(shù)量就越大。從圖中能夠看出：①調(diào)節(jié)燈絲的加熱電壓即可變化燈絲發(fā)射的電子數(shù)量；②燈絲溫度與發(fā)射電子的數(shù)量關(guān)系是呈指數(shù)的非線(xiàn)性關(guān)系。因此，調(diào)試X線(xiàn)機(jī)的管電流（mA）值時(shí)，要當(dāng)心，特別是在調(diào)節(jié)大mA檔時(shí)要小幅調(diào)節(jié)，以免燈絲燒斷而損壞X線(xiàn)管；另外，更換X線(xiàn)管時(shí)，必須按照新?lián)QX線(xiàn)管的燈絲加熱參數(shù)、認(rèn)真調(diào)節(jié)燈絲加熱電路，使各mA檔數(shù)值精確。普通狀況下，燈絲點(diǎn)燃時(shí)間越長(zhǎng)，工作溫度越高，鎢的蒸發(fā)越快，燈絲壽命越短。如果燈絲電流比額定值升高5%，燈絲壽命則縮短一倍，如圖3-5所示。實(shí)際工作中是按照管電流需要來(lái)擬定燈絲加熱溫度的，因此只能靠縮短燈絲的點(diǎn)燃時(shí)間來(lái)延長(zhǎng)燈絲的壽命。另外，功率較大的X線(xiàn)球管為了協(xié)調(diào)不同功率與焦點(diǎn)的關(guān)系，陰極裝有兩根長(zhǎng)短和粗細(xì)都不同的燈絲，長(zhǎng)的燈絲加熱電壓高，發(fā)射電流大，形成大焦點(diǎn)；短的燈絲加熱電壓低，發(fā)射電流小，形成小焦點(diǎn)，這種X線(xiàn)球管稱(chēng)為雙焦點(diǎn)X線(xiàn)管，其陰極普通有三根引線(xiàn)，一根為公用線(xiàn)，其它兩根分別為大、小焦點(diǎn)燈絲的引線(xiàn)。2．陰極頭它又稱(chēng)聚焦槽、聚焦罩或集射罩。它由純鎳或鐵鎳合金制成長(zhǎng)方形槽，其作用是對(duì)燈絲發(fā)射的電子進(jìn)行聚焦。燈絲發(fā)射的大量電子，在電場(chǎng)的作用下，高速飛向陽(yáng)極，但由于電子之間互相排斥，致使電子流呈散射狀。為使電子聚焦成束狀飛向陽(yáng)極，將燈絲裝入被加工成圓弧直槽或階梯直槽的陰極頭內(nèi)，燈絲的一端與其相聯(lián)，兩者獲得相似的負(fù)電位，借其幾何形狀，形成一定的電位分布曲線(xiàn)，迫使電子呈一定形狀和尺寸飛向陽(yáng)極，達(dá)成聚焦的目的。在自整流X線(xiàn)機(jī)中，負(fù)半周時(shí)，聚焦罩還能夠吸取二次電子，以保護(hù)燈絲和玻璃殼的安全。（三）玻璃殼玻璃殼又稱(chēng)管殼，用來(lái)固定，支撐陰、陽(yáng)兩極并保持管內(nèi)的真空度，普通采用熔點(diǎn)高、絕緣強(qiáng)度大、膨脹系數(shù)小的鉬組硬質(zhì)玻璃（如國(guó)產(chǎn)DM-305）制成。由于鉬組玻璃殼與陰、陽(yáng)兩極的金屬膨脹系數(shù)不同，兩者不適宜直接焊接，故在銅體上鑲有含54%鐵、29%鎳、17%鈷的合金圈作為中間過(guò)渡體，再將玻璃殼焊接在合金圈上，使合金圈與硬質(zhì)玻璃膨脹系數(shù)相近，以避免因溫度變化而造成結(jié)合部的玻璃出現(xiàn)裂縫或碎裂。有的X線(xiàn)管還將X線(xiàn)射出口處的玻璃加以研磨，使其略薄，以減少玻璃對(duì)X線(xiàn)的吸取。為避免X線(xiàn)管管內(nèi)氣體放電，確保陰極發(fā)射的電子能暢通無(wú)阻擋地高速飛向陽(yáng)極，管內(nèi)的真空度應(yīng)保持在133.3×10-7Pa(10-7mmHg)下列；另外，裝入管內(nèi)的全部零件都必須通過(guò)嚴(yán)格清洗去油和徹底除氣（普通采用高頻真空加熱抽氣）。固定陽(yáng)極X線(xiàn)球管的重要缺點(diǎn)是：焦點(diǎn)尺寸大、瞬時(shí)負(fù)載功率小?，F(xiàn)在，在醫(yī)用診療X線(xiàn)機(jī)中，固定陽(yáng)極X線(xiàn)球管已多被旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)球管取代。但固定陽(yáng)極X線(xiàn)球管構(gòu)造簡(jiǎn)樸、價(jià)格低，在小型X線(xiàn)機(jī)、治療X線(xiàn)機(jī)（陽(yáng)極循環(huán)冷卻）等裝置中仍被采用。二、X線(xiàn)球管的焦點(diǎn)在X線(xiàn)成像系統(tǒng)中，對(duì)X線(xiàn)成像質(zhì)量影響最大的因素之一就是X線(xiàn)球管的焦點(diǎn)。因此，實(shí)際工作中對(duì)X線(xiàn)球管的焦點(diǎn)規(guī)定比較嚴(yán)格。（一）實(shí)際焦點(diǎn)實(shí)際焦點(diǎn)是指燈絲發(fā)射的電子經(jīng)聚焦后在靶面上的瞬間轟擊面積?，F(xiàn)在，醫(yī)學(xué)診療用X線(xiàn)球管的燈絲均繞成螺管狀，燈絲發(fā)射的電子經(jīng)聚焦后，以細(xì)長(zhǎng)方形轟擊在靶面上，形成細(xì)長(zhǎng)方形的焦點(diǎn)，故稱(chēng)為線(xiàn)焦點(diǎn)。實(shí)際焦點(diǎn)的大?。ㄆ胀ㄖ笇挾龋?，重要取決于聚焦罩的形狀、寬度和深度。實(shí)際焦點(diǎn)越大（受轟擊的靶面積越大，可承受的功率值對(duì)應(yīng)增加），X線(xiàn)管的容量就越大，曝光時(shí)間就能夠縮短。我國(guó)生產(chǎn)的X線(xiàn)管大多數(shù)采用單槽或階梯槽構(gòu)造，聚焦罩及其電位分布。在電場(chǎng)作用下，實(shí)際焦點(diǎn)面上的電子密度分布不同，其X線(xiàn)輻射強(qiáng)度的分布呈單峰、雙峰甚至多峰型，如圖3-8所示。在同樣焦點(diǎn)尺寸的狀況下，焦點(diǎn)中央輻射強(qiáng)度越強(qiáng)（呈高斯分布），其影像分辨力越高；另首先為矩形分布；最差為雙峰分布。醫(yī)學(xué)診療用X線(xiàn)管的焦點(diǎn)普通是雙峰分布。（二）有效焦點(diǎn)有效焦點(diǎn)亦稱(chēng)為作用焦點(diǎn)，是指實(shí)際焦點(diǎn)在X線(xiàn)投照方向上的投影。實(shí)際焦點(diǎn)在垂直于X線(xiàn)管長(zhǎng)軸方向的投影，稱(chēng)為標(biāo)稱(chēng)焦點(diǎn)。有效焦點(diǎn)的標(biāo)稱(chēng)值為一無(wú)量綱的數(shù)值，但現(xiàn)在，有效焦點(diǎn)的標(biāo)注辦法仍用習(xí)慣標(biāo)注法，如：2.0mm×2.0mm、1.0mm×1.0mm或0.3mm×0.3mm等。但X線(xiàn)管特性參數(shù)表中標(biāo)注的焦點(diǎn)為標(biāo)稱(chēng)焦點(diǎn)。有效焦點(diǎn)與實(shí)際焦點(diǎn)之間的關(guān)系。設(shè)實(shí)際焦點(diǎn)寬度為a，長(zhǎng)度為b，則投影后的長(zhǎng)度為b，寬度不變，即：有效焦點(diǎn)=實(shí)際焦點(diǎn)×式中：θ表達(dá)陽(yáng)極靶面與X線(xiàn)投照方向的夾角。當(dāng)投照方向與X線(xiàn)球管長(zhǎng)軸垂直時(shí)，θ角稱(chēng)為靶角或陽(yáng)極傾角，普通為7o～20o。靶角是一種與容量和X線(xiàn)輻射強(qiáng)度的分布親密有關(guān)的重要參數(shù)。例如，有一種靶角為19o的固定陽(yáng)極X線(xiàn)球管，實(shí)際焦點(diǎn)長(zhǎng)為5.5mm，寬為1.8mm。根據(jù)上式能夠計(jì)算出有效焦點(diǎn)的長(zhǎng)是：5.5×≈5.5×0.33=1.8mm，其寬度不變，即有效焦點(diǎn)近似為1.8mm×1.8mm的正方形。X線(xiàn)成像時(shí)，為減小幾何含糊而獲得清晰的影像，規(guī)定有效焦點(diǎn)越小越好。減小有效焦點(diǎn)面積可通過(guò)減小靶角來(lái)實(shí)現(xiàn)，但靶角太小，由于X線(xiàn)輻射強(qiáng)度分布的變化，投照方向的X線(xiàn)量將大量減少，因此靶角要適宜，普通固定陽(yáng)極X線(xiàn)管的靶角為15°～20°。也能夠通過(guò)減小實(shí)際焦點(diǎn)面積以減小有效焦點(diǎn)面積，但實(shí)際焦點(diǎn)面積減小后，受200W/mm2的限制，X線(xiàn)球管的容量也將隨之減小。（三）有效焦點(diǎn)與成像質(zhì)量有效焦點(diǎn)尺寸越小，影像清晰度就越高。當(dāng)有效焦點(diǎn)為點(diǎn)光源時(shí)，圖像的邊界分明，幾何含糊小，影像清晰度高；有效焦點(diǎn)越大，圖像邊界上的半影也越大，幾何含糊大，影像清晰度減少。減小有效焦點(diǎn)，勢(shì)必減小實(shí)際焦點(diǎn)，X線(xiàn)管的功率隨之減小，曝光時(shí)間需增加，這將會(huì)引發(fā)運(yùn)動(dòng)含糊。由此可見(jiàn)，減小焦點(diǎn)面積以減小幾何含糊、改善影像清晰度和增大X線(xiàn)管的功率以縮短曝光時(shí)間、減小運(yùn)動(dòng)含糊是一對(duì)矛盾。固定陽(yáng)極X線(xiàn)管常采用雙焦點(diǎn)的方法來(lái)折中幾何含糊和運(yùn)動(dòng)含糊之間的矛盾；另一更有效的辦法是采用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)管。（四）焦點(diǎn)的方位性由于X線(xiàn)呈錐形輻射，因此在照射野不同方向上投影的有效焦點(diǎn)不同。由圖可見(jiàn)，投影方位愈靠近陽(yáng)極，有效焦點(diǎn)尺寸愈??；愈靠近陰極，則有效焦點(diǎn)尺寸愈大（寬度不變）。并且，若投影方向偏離管軸線(xiàn)和電子入射方向構(gòu)成的平面，有效焦點(diǎn)的形狀還會(huì)出現(xiàn)失真。因此，使用時(shí)應(yīng)注意保持實(shí)際焦點(diǎn)中心、X線(xiàn)輸出窗中心與投影中心三點(diǎn)一線(xiàn)，即X線(xiàn)中心線(xiàn)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)影像中心。（五）焦點(diǎn)增漲當(dāng)管電流增大時(shí)，電子數(shù)量增多，由于電子之間庫(kù)侖力斥力的作用，使焦點(diǎn)尺寸出現(xiàn)增大的現(xiàn)象，稱(chēng)為焦點(diǎn)增漲。用針孔攝影法拍攝的焦點(diǎn)像。由圖可見(jiàn)，管電壓（kV）一定時(shí)，隨著管電流的增大、焦點(diǎn)增漲的程度變大。管電壓的變化對(duì)焦點(diǎn)增漲大小的影響遠(yuǎn)較管電流的變化影響小，但管電壓的變化將變化電位分布曲線(xiàn)，使主、副焦點(diǎn)的形成發(fā)生變化，普通狀況下，對(duì)小焦點(diǎn)增漲影響較大。第二節(jié)旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)球管（一）特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)球管較好地解決了提高功率和縮小焦點(diǎn)之間的矛盾。旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)球管X線(xiàn)的產(chǎn)生，是由偏離X線(xiàn)管中心軸線(xiàn)的陰極發(fā)射出的電子流，轟擊到轉(zhuǎn)動(dòng)的靶面上產(chǎn)生的。由于高速運(yùn)動(dòng)的電子流轟擊靶面所產(chǎn)生的熱量，被均勻地分布在轉(zhuǎn)動(dòng)的圓環(huán)面上，由于承受電子流轟擊的面積因陽(yáng)極旋轉(zhuǎn)而大大增加（實(shí)際焦點(diǎn)的尺寸不變、空間位置不變）,使熱量分布面積大大增加，因此有效地提高了X線(xiàn)管的功率，使減小實(shí)際焦點(diǎn)、同時(shí)適宜減小靶角，以使有效焦點(diǎn)減小成為可能。旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)管的最大優(yōu)點(diǎn)是瞬時(shí)負(fù)載功率大、焦點(diǎn)小?，F(xiàn)在，旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)球管的功率多為20～50kW，高者可達(dá)150kW，而有效焦點(diǎn)多為1～2mm，微焦點(diǎn)可達(dá)0.05～0.3mm，從而大大地提高了影像的清晰度。（二）構(gòu)造旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)球管也是由陽(yáng)極、陰極和玻璃殼三部分構(gòu)成。與固定陽(yáng)極X線(xiàn)球管相比，除了陽(yáng)極構(gòu)造有明顯不同外，其它相差不大，這里僅介紹旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)管的陽(yáng)極構(gòu)造。旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)管的陽(yáng)極重要由靶面、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸和軸承構(gòu)成，如圖3-15所示。1．靶盤(pán)與靶面靶盤(pán)直徑為70～150mm之間的單凸?fàn)顖A盤(pán)，中心固定在轉(zhuǎn)軸（鉬桿）上，轉(zhuǎn)軸的另一端與轉(zhuǎn)子相連，規(guī)定有良好的運(yùn)動(dòng)平衡性；靶面含有一定的靶角，靶角在6°～17.5°之間。以前，采用純鎢制成的靶盤(pán)與靶面，其熱容量較小、散熱性和抗熱脹性都比較差。因此在交變熱負(fù)荷的使用條件下，由于表面與內(nèi)層之間溫差所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，容易使靶面產(chǎn)生裂紋；另外，鎢在1100℃以上會(huì)發(fā)生再結(jié)晶，將使靶面使用很快就會(huì)出現(xiàn)表面龜裂、粗糙現(xiàn)象，致使X線(xiàn)管輻射X線(xiàn)的能力下降?，F(xiàn)在采用錸鎢合金（含10%～20%錸）做靶面，鉬或石墨作靶基，制成鉬基錸鎢合金復(fù)合靶及石墨基錸鎢合金復(fù)合靶，如圖3-16所示。錸鎢合金靶面晶粒細(xì)致，抗熱脹性高，再結(jié)晶溫度高，使靶面龜裂、粗糟狀況減輕。有的還在靶盤(pán)上開(kāi)幾條徑向的細(xì)膨脹縫以消除機(jī)械應(yīng)力。在相似使用條件下，曝光2萬(wàn)次，錸鎢合金靶與純鎢靶進(jìn)行比較，輸出劑量分別下降13%和45%。錸鎢合金靶與純鎢靶的劑量對(duì)比曲線(xiàn)?？梢?jiàn)，錸鎢合金靶面明顯優(yōu)于純鎢靶面。鉬和石墨與金屬鎢相比，熱容量大（石墨的比熱比鎢的比熱約大10倍）、散熱率好（石墨的輻射系數(shù)靠近1，導(dǎo)熱系數(shù)與鎢、鉬相近），且質(zhì)量小，使錸鎢合金靶重量輕、熱容量大，有效地提高了X線(xiàn)管持續(xù)負(fù)荷的能力，使X線(xiàn)管達(dá)成了50kW的大功率和1.0mm×1.0mm的焦點(diǎn)。2．轉(zhuǎn)子它由無(wú)氧銅制成，通過(guò)鉬桿與靶盤(pán)和靶面連為一體，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，靶盤(pán)和靶面隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。其表面黑化，熱輻射能力較強(qiáng)。旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)管的啟動(dòng)電機(jī)與小型單相異步電機(jī)的構(gòu)造和原理相似，只是轉(zhuǎn)子裝在X線(xiàn)管的玻璃殼內(nèi)，而定子線(xiàn)圈裝在X線(xiàn)管玻璃殼的外面。轉(zhuǎn)軸裝入由無(wú)氧銅或純鐵制成的軸承套中，兩端各裝一只軸承。低速旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)管的陽(yáng)極實(shí)際轉(zhuǎn)速約為2700r/min（f=50Hz），高速旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)管的陽(yáng)極實(shí)際轉(zhuǎn)速普通為8500r/min（f=150Hz），陽(yáng)極轉(zhuǎn)速越高，單位時(shí)間內(nèi)承受高速運(yùn)動(dòng)的電子流轟擊的圓環(huán)面積越大，X線(xiàn)管的功率就越大，固然，轉(zhuǎn)速的提高須考慮轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)平衡、軸承等因素。旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)球管的功率是基于陽(yáng)極轉(zhuǎn)速達(dá)成額定值時(shí)的功率，如果在陽(yáng)極轉(zhuǎn)速尚未達(dá)成額定值時(shí)曝光，將會(huì)造成X線(xiàn)管的靶面熔化損壞。因此，使用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)管的X線(xiàn)機(jī)均設(shè)有旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極啟動(dòng)、延時(shí)、保護(hù)電路。曝光結(jié)束、啟動(dòng)電機(jī)斷電后，轉(zhuǎn)子因慣性將有較長(zhǎng)的靜轉(zhuǎn)時(shí)間（從切斷啟動(dòng)電機(jī)定子電源開(kāi)始到轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)所用的時(shí)間），靜轉(zhuǎn)時(shí)間普通為數(shù)分鐘至幾十分鐘，靜轉(zhuǎn)是無(wú)用的空轉(zhuǎn)，制造噪聲且磨損軸承，因此有必要在曝光結(jié)束后即對(duì)旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極進(jìn)行制動(dòng)，這樣可減少噪聲，延長(zhǎng)軸承的壽命，進(jìn)而延長(zhǎng)X線(xiàn)管的壽命。對(duì)高速旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)管來(lái)講，制動(dòng)可使旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極快速越過(guò)臨界轉(zhuǎn)速（引發(fā)共振的臨界轉(zhuǎn)速為5000～7000r/min），避免X線(xiàn)管損壞。對(duì)于低速旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)管，如果轉(zhuǎn)子的靜轉(zhuǎn)時(shí)間低于30s，就闡明軸承已明顯磨損。3．軸承與軸承的潤(rùn)滑軸承由耐熱合金鋼制成，能夠承受較高的工作溫度（約400℃左右），但不能超出460℃。為避免過(guò)多的熱量傳導(dǎo)到軸承，把陽(yáng)極端的轉(zhuǎn)軸外徑做得較細(xì)或用管狀鉬桿，減少熱傳導(dǎo)，少量由陽(yáng)極靶面?zhèn)鲗?dǎo)過(guò)來(lái)的熱量則大部分通過(guò)轉(zhuǎn)子表面輻射出去。可見(jiàn)，旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)管與固定陽(yáng)極X線(xiàn)管的散熱方式不同，靶面受高速運(yùn)動(dòng)的電子流轟擊所產(chǎn)生的巨大熱量重要依靠熱輻射進(jìn)行散熱，散熱效率低，持續(xù)負(fù)荷后陽(yáng)極熱量急劇增加，靶盤(pán)溫度不停上升，為避免由此造成的X線(xiàn)管損壞，先進(jìn)X線(xiàn)機(jī)的X線(xiàn)管裝置內(nèi)設(shè)有溫度限制保護(hù)裝置，對(duì)X線(xiàn)管予以對(duì)應(yīng)的保護(hù)。軸承的潤(rùn)滑劑都采用固體潤(rùn)滑材料，如二硫化鉬、銀、鉛等。選用不同的潤(rùn)滑材料，轉(zhuǎn)子的靜轉(zhuǎn)時(shí)間亦有不同。（三）大功率X線(xiàn)球管大功率X線(xiàn)管與普通旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)管基本相似，但有其特殊性。例如，陽(yáng)極靶盤(pán)直徑大（120mm）、轉(zhuǎn)速高，靶角?。?°～14°，普通旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)管的靶角為17°～21°），使給定焦點(diǎn)尺寸的X線(xiàn)管功率變大。另外，大功率X線(xiàn)管常與一種熱交換器配合使用。熱交換器由插在充油管套內(nèi)的導(dǎo)管構(gòu)成回路，通過(guò)導(dǎo)管使油或水從管套返回?zé)峤粨Q器，冷卻后又被泵回X線(xiàn)管套內(nèi)的導(dǎo)管中。當(dāng)需要短時(shí)間曝光并承受大負(fù)載時(shí)，如X線(xiàn)電影攝影或持續(xù)X線(xiàn)攝影等，可使用大功率X線(xiàn)管。第三節(jié)特殊X線(xiàn)球管一、金屬陶瓷大功率X線(xiàn)球管管殼用硬質(zhì)玻璃制成的固定陽(yáng)極X線(xiàn)管與旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)管，在進(jìn)行持續(xù)大功率攝影時(shí)，往往由于玻璃壁擊穿而損壞。這是由于新X線(xiàn)管的玻璃殼是絕緣體，陽(yáng)極靶面反彈和釋放出來(lái)的二次電子有相稱(chēng)一部分轟擊到玻璃殼并附著其上，附著其上的電子一時(shí)不會(huì)全部消失，這將妨礙后來(lái)的電子附著到玻璃殼上，使玻璃壁免受大量高速電子轟擊和侵蝕。但隨著X線(xiàn)管使用時(shí)間的增加，由于燈絲蒸發(fā)和陽(yáng)極靶面龜裂邊沿處的鎢蒸發(fā)，會(huì)使玻璃殼內(nèi)壁附著一層金屬鎢的沉積物，沉積層與陽(yáng)極相連形成第二陽(yáng)極，致使一部分高速運(yùn)動(dòng)的電子轟擊玻璃殼使其侵蝕，最后造成玻璃殼擊穿，X線(xiàn)球管損壞。為了消除鎢沉積層的影響，延長(zhǎng)X線(xiàn)球管的壽命，近年來(lái)生產(chǎn)了一種金屬陶瓷大功率旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線(xiàn)球管。金屬陶瓷大功率X線(xiàn)管的燈絲和陽(yáng)極靶盤(pán)與普通旋轉(zhuǎn)陽(yáng)級(jí)X線(xiàn)管相似。只是玻璃殼改為由金屬和陶瓷組合而成，金屬和陶瓷之間的過(guò)渡采用鈮（Nb），用銅焊接。金屬部分位于X線(xiàn)管中間部位并接地，以吸取二次電子，對(duì)準(zhǔn)焦點(diǎn)處開(kāi)有鈹窗以使X線(xiàn)通過(guò)。金屬靠近陽(yáng)極一端嵌入玻璃殼中，金屬靠近陰極一端嵌入陶瓷內(nèi)，X線(xiàn)管中的玻璃與陶瓷部分起絕緣作用，金屬部分接地，以捕獲電子。金屬陶瓷大功率X線(xiàn)球管，消除了玻璃殼那種由于鎢沉積層所致X線(xiàn)球管損壞的危險(xiǎn)，因此可將燈絲加熱到較高溫度，以提高X線(xiàn)管的負(fù)荷。X線(xiàn)管管殼上的電場(chǎng)和電位梯度也保持不變，還可在低管電壓條件下使用較高的管電流進(jìn)行攝影，解決了普通X線(xiàn)管由于管壁擊穿而損壞的問(wèn)題。大功率陶瓷絕緣X線(xiàn)球管，大直徑（120mm）錸鎢合金復(fù)合靶盤(pán)、小靶角（9°～13°）。陽(yáng)極在兩端有軸承支撐的軸上旋轉(zhuǎn)，用陶瓷絕緣，裝在接地的金屬管殼內(nèi)，管殼裝在鋼制管套中。工作時(shí)還需使用一種外接的熱交換器，熱交換器由插在充油X線(xiàn)管管套內(nèi)的導(dǎo)管構(gòu)成回路，通過(guò)導(dǎo)管使油從管套內(nèi)的導(dǎo)管返回?zé)峤粨Q器，被冷卻后再用泵抽回管套內(nèi)的導(dǎo)管中。這種X線(xiàn)管的焦點(diǎn)尺寸為0.6mm×1.3mm或0.5mm×0.8mm，前者靶角為13°，后者靶角為9°，陽(yáng)極轉(zhuǎn)速為8000r/min。重要用于持續(xù)X線(xiàn)攝影、體層攝影或電影攝影等。二、三極X線(xiàn)球管（一）構(gòu)造三極X線(xiàn)球管是在普通X線(xiàn)球管的陽(yáng)極與陰極之間加了一種控制柵極，故又稱(chēng)為柵控X線(xiàn)管。三極X線(xiàn)球管的其它部分與普通X線(xiàn)管類(lèi)同，只是陰極的構(gòu)造比較特殊。在聚焦槽中裝有燈絲，燈絲前方裝有柵極，燈絲與聚焦極之間互相絕緣，柵極電位就加在燈絲和聚焦極之間。三極X線(xiàn)球管的控制原理，如圖3-22所示。當(dāng)柵極對(duì)陰極加一種負(fù)電壓（2～5kV）或負(fù)脈沖電壓時(shí)，可使陰極發(fā)射的熱電子完全飛不到陽(yáng)極上，形不成管電流，不會(huì)產(chǎn)生X線(xiàn)。當(dāng)負(fù)電壓或負(fù)脈沖電壓消失時(shí)，陰極發(fā)射的熱電子在陽(yáng)極與陰極之間的強(qiáng)電場(chǎng)作用下飛向陽(yáng)極，形成管電流，產(chǎn)生X線(xiàn)。由于脈沖電壓信號(hào)無(wú)機(jī)械慣性延時(shí)，控制敏捷，因此可實(shí)現(xiàn)快速持續(xù)X線(xiàn)攝影，攝影頻率可達(dá)200幀/秒。三極X線(xiàn)球管有時(shí)還可制成一種沒(méi)有實(shí)體柵極而有特殊形狀的陰極頭，它也含有三極X線(xiàn)球管的柵控特性，通過(guò)負(fù)偏壓能夠控制X線(xiàn)球管的電子流，當(dāng)負(fù)偏壓較小時(shí)，將有一部分電子飛向陽(yáng)極，并能聚焦起來(lái)形成很窄的電子流，以獲得很小的焦點(diǎn)，即微焦點(diǎn)。例如，給陰極頭加一種不大于X線(xiàn)管截止電壓的負(fù)偏壓，如負(fù)400V，那么該負(fù)偏壓將使陰極發(fā)射的電子聚焦，從而可獲得0.1mm×0.1mm的微焦點(diǎn)。若負(fù)偏壓值再小一點(diǎn)，可獲得更小的焦點(diǎn)，這就是微焦點(diǎn)X線(xiàn)管的工作原理。微焦點(diǎn)X線(xiàn)管慣用于放大X線(xiàn)攝影。（二）特性三極X線(xiàn)球管的特性，不僅取決于燈絲加熱電流和管電壓，還取決于柵極電位的變化。三極X線(xiàn)球管兼有高壓開(kāi)關(guān)管和X線(xiàn)球管的作用。1．燈絲發(fā)射特性由于柵極負(fù)電位對(duì)電子流起著妨礙作用，因此柵控X線(xiàn)管的燈絲發(fā)射特性要比普通X線(xiàn)管的差。獲得相似的管電流，柵控X線(xiàn)管的燈絲加熱電流要比普通X線(xiàn)管的燈絲加熱電流大得多。為了提高柵控X線(xiàn)管的管電流，將燈絲與陰極頭互相絕緣，負(fù)電位加在陰極頭上。這樣，陰極頭既起著聚焦作用，又起著柵極作用。陰極裝有兩組燈絲，同時(shí)加熱，同時(shí)發(fā)射電子，在陰極頭的作用下使兩束電子流轟擊到靶面的位置稍有差別，形成近似高斯分布的焦點(diǎn)，從而獲得X線(xiàn)輻射強(qiáng)度分布較為合理的焦點(diǎn)，燈絲發(fā)射特性也得到了改善。它的焦點(diǎn)尺寸為1.2mm×1.2mm，最高工作電壓125kV，柵極切斷電壓為-2.5kV。2．截止特性不同管電壓時(shí)，使管電流截止的柵極電位也不同，如圖3-25所示。例如，在電容充放電X線(xiàn)機(jī)中，當(dāng)管電壓為125kV時(shí)，截止管電流的柵極電位為-2.5kV。柵極電位的變化會(huì)引發(fā)燈絲附近的電位分布發(fā)生變化，從而焦點(diǎn)寬度也隨著變化（焦點(diǎn)長(zhǎng)度變化不大）。為此，普通在燈絲兩端使柵極金屬絲的間隔變小，以變化上述現(xiàn)象。3．時(shí)間控制特性在柵控X線(xiàn)管的柵極和陰極之間加一矩形負(fù)脈沖電壓，可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)曝光。理論上講，瞬時(shí)曝光可短到10μs，但由于高壓電纜對(duì)地存在分布電容，因此柵控X線(xiàn)管實(shí)用的瞬時(shí)曝光時(shí)間臨界值為1ms。三極X線(xiàn)管的燈絲發(fā)射特性差，不能產(chǎn)生大的管電流，并且管電流越大，為保持管電壓波形平穩(wěn)的電容器也越大，因此三極X線(xiàn)管不合用于大功率的X線(xiàn)機(jī)。現(xiàn)在，已能制造最大管電流可達(dá)數(shù)百毫安的三極X線(xiàn)管，X線(xiàn)脈沖持續(xù)時(shí)間可短到1～10ms。三極X線(xiàn)管重要應(yīng)用于X線(xiàn)電影攝影、X線(xiàn)電視、電容充放電X線(xiàn)機(jī)上。三、軟X線(xiàn)球管（一）特點(diǎn)當(dāng)對(duì)乳房等軟組織進(jìn)行X線(xiàn)攝影時(shí)，用普通X線(xiàn)管得不到滿(mǎn)意的攝影效果。為提高X線(xiàn)影像的對(duì)比度，須使用大劑量的軟X線(xiàn)，為此普通使用軟X線(xiàn)管來(lái)產(chǎn)生軟X線(xiàn)。意大利IAE球管在乳腺X光球管市場(chǎng)占有率最佳，品質(zhì)最佳；GE