¿Cuál es el principio de funcionamiento de un tubo de rayos X?

Como componente central en los campos de imágenes médicas e inspección industrial, el principio de trabajo de unTubo de rayos Xse basa en la interacción entre los electrones de alta velocidad y la materia, y la salida de rayos X controlable se logra a través de un diseño estructural preciso.

La estructura central consiste en un cátodo, un ánodo y una carcasa de vidrio de vacío. El conjunto del cátodo incluye un filamento y una taza de enfoque. Cuando el filamento se enciende, se calienta a más de 2000 ° C y libera una gran cantidad de electrones libres (efecto de emisión de electrones térmicos); La copa de enfoque utiliza un campo eléctrico para recoger electrones en un haz de electrones con un diámetro de 0.1-2 mm para garantizar que el flujo de electrones se concentre en bombardear la superficie del objetivo del ánodo.

El proceso de conversión de energía es el enlace clave. Se aplica un alto voltaje de decenas de miles de voltios entre los electrodos positivos y negativos (generalmente 40-150kV para tubos médicos). Los electrones ganan energía cinética bajo la aceleración del campo eléctrico fuerte y bombardean el objetivo del ánodo (principalmente hecho de aleación de tungsteno con un punto de fusión de 3422 ° C) a aproximadamente 1/2 la velocidad de la luz. En este momento, más del 99% de la energía cinética de electrones se convierte en energía térmica, y solo aproximadamente el 1% produce rayos X a través de Bremsstrahlung y radiación característica: los electrones de alta velocidad están desacelerados por el campo eléctrico del núcleo objetivo, liberando rayos X de espectro continuo; Después de que se eliminan los electrones internos, los electrones externos saltan para reponer y liberar radiografías de espectro características de longitudes de onda específicas.

La disipación de calor y el control estable aseguran el funcionamiento continuo. El objetivo del ánodo está conectado al disipador de calor a través de un eje de molibdeno. Algunos modelos de alta gama usan un ánodo giratorio (con una velocidad de 3000-9000 rpm) para expandir el área de calefacción por fuerza centrífuga; El grado de vacío en el tubo se mantiene por encima de 10⁻⁴Pa para evitar la pérdida de energía debido a la colisión entre electrones y moléculas de gas. El sistema de control controla la capacidad de penetración del rayo ajustando el voltaje del tubo (kV) y la intensidad del rayo ajustando la corriente del tubo (MA) para lograr requisitos de imagen precisos en diferentes escenarios.

Este dispositivo de precisión que convierte eficientemente la energía eléctrica enRayos XProporciona una fuente de rayos confiable para el diagnóstico de imágenes modernas y las pruebas no destructivas a través del trabajo coordinado de varios componentes. Su diseño principal refleja la profunda integración de la tecnología de alto voltaje y la ciencia de los materiales.