Qual é o princípio de funcionamento de um tubo de raios-X?

Como um componente central nos campos da imagem médica e da inspeção industrial, o princípio de trabalho de umTubo de raios-Xbaseia-se na interação entre elétrons de alta velocidade e matéria, e a saída controlável de raios-X é alcançada através do projeto estrutural preciso.

A estrutura do núcleo consiste em um cátodo, um ânodo e uma concha de vidro a vácuo. A montagem do cátodo inclui um filamento e um copo de foco. Quando o filamento é ligado, ele aquece para mais de 2000 ° C e libera um grande número de elétrons livres (efeito de emissão de elétrons térmicos); O copo de foco usa um campo elétrico para reunir elétrons em um feixe de elétrons com um diâmetro de 0,1-2mm para garantir que o fluxo de elétrons esteja concentrado em bombardear a superfície do alvo do ânodo.

O processo de conversão de energia é o link principal. Uma alta tensão de dezenas de milhares de volts é aplicada entre os eletrodos positivos e negativos (geralmente 40-150kV para tubos médicos). Os elétrons ganham energia cinética sob a aceleração do forte campo elétrico e bombardeiam o alvo do ânodo (principalmente de liga de tungstênio com um ponto de fusão de 3422 ° C) a cerca de 1/2 da velocidade da luz. Nesse momento, mais de 99% da energia cinética eletrônica é convertida em energia térmica e apenas cerca de 1% produz radiografias através da radiação Bremsstrahlung e característica: os elétrons de alta velocidade são desacelerados pelo campo elétrico do núcleo alvo, liberando raios X contínuos; Depois que os elétrons internos são nocauteados, os elétrons externos saltam para reabastecer e liberar raios-X do espectro característico de comprimentos de onda específicos.

A dissipação de calor e o controle estável garantem a operação contínua. O alvo do ânodo é conectado ao dissipador de calor através de um eixo de molibdênio. Alguns modelos de ponta usam um ânodo rotativo (com uma velocidade de 3000-9000 rpm) para expandir a área de aquecimento por força centrífuga; O grau de vácuo no tubo é mantido acima de 10⁻⁴PA para evitar a perda de energia devido à colisão entre elétrons e moléculas de gás. O sistema de controle controla a capacidade de penetração do raio ajustando a tensão do tubo (KV) e a intensidade do raio ajustando a corrente do tubo (MA) para obter requisitos de imagem precisos em diferentes cenários.

Este dispositivo de precisão que converte com eficiência energia elétrica emraios XFornece uma fonte de raios confiável para o diagnóstico de imagem moderno e testes não destrutivos através do trabalho coordenado de vários componentes. Seu design de princípios reflete a profunda integração de tecnologia de alta tensão e ciência do material.