X射線的產(chǎn)生及調(diào)節(jié)方法探析

郝國防

摘 要：X射線在醫(yī)學(xué)診斷和治療中應(yīng)用非常廣泛，特別是X射線診斷技術(shù)，已經(jīng)成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)不可缺少的工具。通過對X射線的產(chǎn)生機(jī)制和調(diào)節(jié)方法的探析，可以掌握X射線成像技術(shù)的基本原理，這對醫(yī)學(xué)病理分析具有重要意義。

關(guān)鍵詞：X射線；陽極靶；X射線的強(qiáng)度；X射線的硬度

一、X射線的產(chǎn)生裝置

X射線的產(chǎn)生裝置主要由X射線管、低壓電源和高壓電源三部分構(gòu)成，如圖所示。其中X射線管是產(chǎn)生X射線的核心部件，其內(nèi)部為抽成高度真空，并在內(nèi)部封裝了陰極和陽極兩個(gè)電極。陰極由螺旋狀形狀的鎢絲做成，由壓電源（2～8V）單獨(dú)供電，通過調(diào)節(jié)電流（2～10A）使燈絲加熱到熾熱而發(fā)射電子，燈絲電流越大，溫度越高，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的熱電子數(shù)就越多，陽極通常為一銅質(zhì)圓柱體，柱端斜面上嵌有一小塊鎢板，作為陽極靶。降壓變壓器把220伏電壓降低給燈絲供電，可變電阻用于調(diào)節(jié)管電流的大小，使燈絲的溫度發(fā)生變化，從而改變陰極燈絲發(fā)射的電子數(shù)量，實(shí)現(xiàn)對X射線強(qiáng)弱的調(diào)節(jié)。升壓變壓器把220伏交流電升壓，經(jīng)二極管D1-D4橋式整流電路轉(zhuǎn)變?yōu)閹资Х綆装偾Х闹绷鞲邏?，加到射線管的陽極和陰極之間，形成管電壓。調(diào)節(jié)開關(guān)S，可以改變管電壓的大小，管電壓在射線管的陽極與陰極之間形成很強(qiáng)的電場，從陰極燈絲射出的電子經(jīng)電場作用，高速運(yùn)動(dòng)到達(dá)陽極靶，形成管電流，這些高速運(yùn)動(dòng)的電子被陽極靶制動(dòng)，就使X射線從陽極靶向四周輻射出來。

二、X射線的強(qiáng)度和硬度

1.X射線的強(qiáng)度

X射線的強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)通過與X射線方向垂直的單位面積上的輻射能量，用I表示，單位為W·㎡。如果用X射線光子的能量表示X射線的強(qiáng)度，則有：

式中N1、N2、…、Nn表示單位時(shí)間內(nèi)通過垂直射線方向上單位面積內(nèi)能量為hv1、hv2、…、hvn的光子數(shù)，由上式可知，增加X射線強(qiáng)度的方法有兩種：一是增加光電流，使燈絲變熱，可以增加單位時(shí)間內(nèi)從陰極發(fā)射出的電子數(shù)，從而增加光子數(shù)Ni；二是增加管電壓，可使轟擊陽極靶的電子能量增加，從陽極靶輻射出的光子的能量hvi也隨之增加。在醫(yī)學(xué)上，常用管電流的毫安數(shù)間接地表示X射線的強(qiáng)度大小，稱為毫安率。通過調(diào)節(jié)管電流，可以改變X射線的強(qiáng)度，X射線管電流越大，燈絲溫度越高，單位時(shí)間內(nèi)從陰極發(fā)射的電子數(shù)就越多，撞擊陽極靶后輻射出的X射線光子數(shù)增多，就會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的X射線。

在進(jìn)行醫(yī)學(xué)檢測時(shí)，需根據(jù)檢測部位和患者的年齡對X射線的強(qiáng)度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，既要獲得清晰的圖像，又不會(huì)對患者造成輻射傷害。

2.X射線的硬度

X射線的硬度是指X射線的穿透本領(lǐng)，對于一定的吸收物質(zhì)，X射線被吸收得越少，則穿透的量就越多，X射線就越硬。X射線管的管電壓越高，轟擊陽極靶的電子動(dòng)能就越大，從而產(chǎn)生的X射線的光子的能量也越大，越不易被吸收，穿透力越強(qiáng)，X射線就越硬。也就是說，X射線的硬度取決于X射線管的管電壓，通過調(diào)節(jié)管電壓的大小，就可以獲得穿透本領(lǐng)不同的X射線，在醫(yī)學(xué)上，常用管電壓的千伏數(shù)（kV）來表示X射線的硬度，稱為千伏率。常根據(jù)X射線在醫(yī)學(xué)上的不同用途，把X射線的軟硬分為極軟、軟、硬、極硬四類，它們的管電壓、最短波長和主要用途見下表。

參考文獻(xiàn)：

[1]李光勛，王云創(chuàng).醫(yī)用物理學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2013.

[2]侯玉林，樓渝英.醫(yī)用物理學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2012.