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X射线管和高压电源的类型
发布时间:2022-11-01    来源:2022世界杯腾讯体育    浏览量:202

X射线管和高压电源的类型

X射线管有多种形状和尺寸以适应不同的应用,也有多种高压电源和控制电路可供使用。本节介绍了各种类型的 X 射线管和三种高压电路:简单 X 射线管、带 Be 窗口的 X 射线管、旋转阳极 X 射线管、陶瓷 X 射线管、端面窗X射线管、X射线衍射仪用X射线管、微焦点X射线管、开放式X射线管(透射靶X射线管和反射靶X射线管)。将讨论三种类型的高压电路:阳极接地、阴极接地和双极。

简单的 X 射线管

 

一个简单的 X 射线管由产生热电子的灯丝(阴极)和在电子碰撞时产生 X 射线的阳极组成,固定在玻璃管中并抽真空。其中许多管子都比较小,使用的电压范围从 20 kV 到 130 kV。它们用于使用 X 射线进行无损检测、异物检测、分析和医疗应用。它们通常放置在充满绝缘油的特殊金属外壳(X 射线管外壳)中,以减少 X 射线泄漏并使其安全且易于处理。在某些情况下,表面覆盖有树脂或其他材料。在基础设施等的无损检测中,使用充满绝缘气体的X射线屏蔽箱代替绝缘油,以减轻X射线装置的重量。

铍窗 X 射线管

 

铍窗 X 射线管是一种 X 射线管,在 X 射线的输出部分附有铍(元素符号 Be,原子序数 4)。X射线管电压范围从几千伏到80kV,主要用于X射线分析。它们比普通的 X 射线管贵约 2,000 美元。

旋转阳极 X 射线管

旋转阳极 X 射线管是一种 X 射线管,当被电子束撞击时产生 X 射线的阳极在其中旋转。通过旋转阳极,可以分散热量,增加管电流以增加X射线的强度。它主要用于CT和X射线等医疗应用。由于其结构复杂,它是一种非常昂贵的X射线管。

旋转阳极 X 射线管

陶瓷 X 射线管

 

陶瓷X射线管是一种真空管,其中X射线管的绝缘部分由陶瓷代替玻璃制成。它们耐热、耐冲击,主要用于无损检测和XRD。其他由陶瓷制成的小型 X 射线管也用于手持式 X 射线荧光分析仪和软 X 射线电离管。

端窗 X 射线管(XRF 用 X 射线管)

 

端窗X射线管是铍窗位于X射线管端面的X射线管。由于产生 X 射线的阳极位于铍窗口的末端附近,因此可以缩短与分析样品的距离,并且可以发射更多的 X 射线。X射线管的电源是阴极接地的高压电源,管电压从50 kV到80 kV,功率从50 W到4 kW。


X射线衍射仪用X射线管(XRD X-ray Tubes)

 

用于 XRD 的 X 射线管是用于 X 射线衍射仪 (XRD) 的 X 射线管,其设计易于互换,因为根据分析目标使用不同的目标材料。XRD用X射线管由多家公司销售,互换性强,可供不同制造商使用。但是,需要注意的是有两种类型:短阳极和长阳极。市场上还有玻璃和陶瓷管类型。电压最高可达60kV,但X射线管功率较大,从1kW到4kW不等,需要水冷冷却。用于 XRD 的 X 射线管为阳极接地型。


微焦点 X 射线管

 

微焦点X射线管是一种X射线发射面积很小的X射线管,从几微米到几十微米不等。在微焦点 X 射线管中,灯丝产生的电子会聚并撞击阳极(靶)以产生 X 射线。产生 X 射线的区域称为焦点,通过将焦点缩小到微米级,即使放大 X 射线图像也可以获得清晰且几乎没有模糊的 X 射线图像。为此,微焦点X射线管被用于对具有精细结构的电子器件进行无损检测。
微聚焦 X 射线管需要多个电极以及用于加速的高压电源以聚焦电子。使用90kV至150kV的加速电压。微焦点X射线管有两种类型:开放式X射线管和密封式微焦点X射线管。

开放式 X 射线管(透射靶 X 射线管和反射靶 X 射线管)

 

开放式 X 射线管是一种可更换灯丝和靶材的 X 射线管,用真空泵将 X 射线管内部抽真空以产生真空。大多数开放式 X 射线管具有微焦点或纳米焦点大小的焦径,这使得它们即使在放大时也能以最小的模糊程度捕获小部件的图像。开放式X射线管有两种类型:透射靶型和反射靶型。反射靶型使用电子入射侧产生的 X 射线,就像普通的 X 射线管一样。另一方面,透射靶型开放式微焦点X射线管使用靶材料,例如沉积在铍窗或金刚石窗上的钨。当电子入射到钨靶上时,X 射线会在 360 度的所有方向上发射。在反射式 X 射线管中,由于靶材较厚,因此在靶材背面发射的 X 射线非常小。在透射靶X射线管中,钨靶很薄,基材(窗口材料)是铍或金刚石,所以很多X射线从背面发射。透射靶型微焦点X射线管利用这些X射线。使用透射靶,X 射线焦点(X 射线发生点)和样品之间的距离可以做得很短,从而实现大放大倍率。然而,由于靶材的热容量,不能增加靶材电流。开放式 X 射线管是市售的,加速电压范围为 100 kV 至 300 kV。在透射靶X射线管中,钨靶很薄,基材(窗口材料)是铍或金刚石,所以很多X射线从背面发射。透射靶型微焦点X射线管利用这些X射线。使用透射靶,X 射线焦点(X 射线发生点)和样品之间的距离可以做得很短,从而实现大放大倍率。然而,由于靶材的热容量,不能增加靶材电流。开放式 X 射线管是市售的,加速电压范围为 100 kV 至 300 kV。在透射靶X射线管中,钨靶很薄,基材(窗口材料)是铍或金刚石,所以很多X射线从背面发射。透射靶型微焦点X射线管利用这些X射线。使用透射靶,X 射线焦点(X 射线发生点)和样品之间的距离可以做得很短,从而实现大放大倍率。然而,由于靶材的热容量,不能增加靶材电流。开放式 X 射线管是市售的,加速电压范围为 100 kV 至 300 kV。使用透射靶,X 射线焦点(X 射线发生点)和样品之间的距离可以做得很短,从而实现大放大倍率。然而,由于靶材的热容量,不能增加靶材电流。开放式 X 射线管是市售的,加速电压范围为 100 kV 至 300 kV。使用透射靶,X 射线焦点(X 射线发生点)和样品之间的距离可以做得很短,从而实现大放大倍率。然而,由于靶材的热容量,不能增加靶材电流。开放式 X 射线管是市售的,加速电压范围为 100 kV 至 300 kV。

三种高压电路

阳极接地连接

阳极接地是一种简单的散热方式,因为产生大量热量的 X 射线管的阳极可以接地。至于电源,负输出的高压电源连接到阴极侧,但也需要用于浮动在该电位之上的灯丝的电源。此连接方式适用于 XRD 用 X 射线管、开放式微焦点 X 射线管、陶瓷 X 射线管等。

阳极接地连接

阴极接地连接

在阴极-地连接中,X射线管的一根灯丝连接到地电位,正输出高压电源连接到阳极侧。X射线管电流由灯丝的功率控制。这种连接方式适用于密封的微焦点X射线管和端窗式XRF X射线管。对于大功率 XRF X 射线管,使用纯水进行水冷来冷却阳极。

阴极接地连接

双极连接

在双极连接中,负输出高压电源连接到X射线管的阴极,正输出高压电源连接到阳极。当需要增加 X 射线的加速电压(管电压)时使用此连接。例如,如果需要320kV的管电压,则将-160kV高压电源连接到阴极侧,将+160kV电源连接到阳极侧。

双极接地


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