第二章X线发生装置
第二章X线发生装置
用于产生X线的装置称为X线发生装置。它由X线管、高压发生器和控制台三部分组成。它是X线机、X线CT的主要组成部分之一。
第一节X 线管
X线管的作用是产生X线。自1895年伦琴发现X线以来，X线管逐步向大功率、小焦点和专用化方向发展，其结构不断改进，先后出现了固定阳极X线管、旋转阳极X线管以及各种特殊X线管。
一、固定阳极X线管
（一）结构
固定阳极X线管主要由阳极、阴极和玻璃壳等三部分组成。其结构如图2l所示。
1．阳极其主要作用是阻挡高速运动的电子流而产生X线，同时将曝光时产生的热量辐射或传导出去；其次是吸收二次电子和散乱射线。
如图22所示，固定阳极X线管的阳极结构由阳极头、阳极帽、玻璃圈和阳极柄四部分组成
图24 固定阳极X线管图2上固定阳极X线管的阳极结构1）阳极头：它由靶面和阳极体组成。靶面的作用是承受高速运动的电子流轰击，产生X线（曝光人但由于曝光时，只有不到l％的电子流动能转换为X线能，其余均转化为热能。所以曝光时，靶面将产生大量的热量而使其工作温度很高。X线管的靶面材料一般都选用钨记—74＼故称为钨靶。但因其导热率小，受电子轰击后产生的热量不能很快地传导出去，故常把厚度为1．5～3mm的钨靶面用真空熔焊的方法焊接到导热率较大的无氧铜制成的阳极体上。这样制成的阳极头不但辐射X线的效率高，而且具有良好的散热性能。
固定阳极X线管的靶面静止不动，高速运动的电子流总是轰击在靶面固定的同一位置上。由于单位面积上所承受的最大功率是一定的200W／mm2勺，所以固定阳极X线管的功率是有限的。
高速运动的电子流轰击靶面时，会有少量的电子从靶面反射和释放出来，这部分电子称为二次电子。二次电子有害无益，其能量较大（约为原能量的99％火轰击到玻璃壳内壁上，将使玻璃壳温度升高而释放气体，降低管内真空度或使玻璃壳击穿；二次电子再次被阳极吸引轰击到靶面上时，由于没有经过聚焦，将辐射出非焦点散射X线，使X线影像质量下降。
＊）阳极帽：它又称为阳极罩或反跳罩，固定在阳极头上，并罩在靶面的四周。它与阳极同电位，故它可吸收50％～60％的M次电子，并可吸收一部分散乱X线，从而保护X 线管并提高影像质量。阳极帽的头部圆口面对阴极，是高速运动的电子流轰击靶面的通道；下部四日是X线的辐射通道。有的X线管在此回日处加上了一层金属被片，其作用是吸收软X线，降低病人皮肤剂量。
u）玻璃圈：它是阳极和玻璃壳的过渡连接部分。
K）阳极柄：其作用是固定X线管并将曝光时产生的热量传导出去。它与阳极头的铜体相连，其管外部分浸在变压器油中，通过与油之间的热传导，将靶面的热量传导出去。
2．阴极其作用是发射电子并使电子流聚焦。它主要由灯丝、聚焦罩、阴极套和玻璃芯柱等四部分组
成，如图2－3所示。
图2司固定阳极X线管的阴极结构
门）灯丝：它由钨制成，其作用是辐射热电子。诊断用X线管的灯丝都统成小螺线管状。
灯丝通电后，温度逐渐升高，到一定温度（约2100K）后开始辐射热电子。灯丝电子辐射特性曲线如图2-4所示。对于给定的灯丝，在一定范围内，灯丝电压越高，灯丝温度也越高，辐射热电子的数量就越大。从图中可以看出：①调节灯丝的加热电压即可改变灯丝辐射的热电子数量；②灯丝温度与辐射热电子的数量呈指数关系。
图2-4 灯丝电子辐射特性曲线
一般情况下，灯丝点燃时间越长，工作温度越高，钨的蒸发越快，灯丝寿命越短。缩短灯丝的点燃时间可延长灯丝的寿命。
另外，功率较大的X线管为了协调不同功率与焦点的关系，阴极装有两根长短和粗细都不同的灯丝，长的灯丝加热电压高，辐射热电子多，形成大焦点；短的灯丝加热电压低，辐射热电子少，形成小焦点，这种X线管称为双焦点X线管。其阴极一般有三根引线：一根为公用线，其余两根分别为大、小焦点灯丝的引线。如图25所示。
图2-5 双焦点阴极结构
（2）聚焦罩：它又称为聚焦槽、集射罩或阴极头。其作用是对灯丝辐射的热电子进行聚焦。为使电子聚焦成束状飞向阳极，将灯丝装人被加工成圆弧直槽或阶梯直槽的聚焦罩内，
灯丝的一端与其相联，使两者获得相同的负电位，借其几何形状，形成一定的电位分布曲线，迫使电子束呈一定形状和尺寸飞向阳极，达到聚焦的目的。
3．玻璃壳它又称为管壳。其作用是固定阴极、阳极并保持管内的真空度问j mmHg 以下人
固定阳极X线管的主要缺点是：焦点尺寸大、瞬时负载功率小。其优点是：结构简单、价格低。在小型X线发个装置中仍被采用。
（二）X线管的焦点
在X线成像系统中，对X线成像质量影响最大的因素之一就是X线管的焦点。
1．实际焦点它是指灯丝辐射的热电子经聚焦后在靶面上的瞬间轰击面积，呈细长方形。其大小（一般指宽度人主要取决于聚焦罩的形状、宽度和深度。聚焦罩多采用圆弧直槽或阶梯直槽结构，
其电位分布如图2-5所示。
2．有效焦点它是实际焦点在X线投照方向上的投影。实际焦点在垂直于X线管长轴方向的投影，称为标称焦点；X线管特性参数表中标注的焦点为标称焦点。有效焦点的标称值为一无量纲的数值，但目前仍用习惯标注法，如：2．0…XZ．0…、1．0…XI．0…或0．3…X0．3 mm等。
图2-6电子轨迹图2-7 实际焦点与有效焦点
有效焦点与实际焦点之间的关系，如图2f所示。设实际焦点宽度为山长度为b，则投影后的长度为bsino，宽度不变，即
有效焦点=实际焦点 sinθ
?
式中：0表示阳极靶面与X线投照方向的夹角。
当投照方向与X线管长轴垂直时，0角称为靶角或阳极倾角。其数值一般为7“～20＼X线成像时，为减小几何模糊而获得清晰的影像，要求有效焦点越小越好。减小有效焦点面积可通过减小靶角来实现，但靶角太小，由于X线辐射强度分布的变化，投照方向的X线量将大量减少，所以靶角要合适，一般固定阳极X线管的靶角为15“～20＼也可以通过减小实际焦点面积以减小有效焦点面积，但实际焦点面积减小后，受2
200W/m m200W ／mm2的限制，X线管的容量也将随之减小。
3．有效焦点与成像质量有效焦点尺寸越小，影像清晰度就越高。有效焦点越大，几何模糊大，影像清晰度降低。减小有效焦点，势必减小实际焦点，X线管的功率随之减小，曝光时间需增加，这将会引起运动模糊。可见，减小焦点面积以减小几何模糊、改善影像清晰度和增大X线管的功率以缩短曝光时间、减小运动模糊是一对矛盾。
4．焦点的方位性由于X线呈锥形辐射，所以在照射野不同方向上投影的有效焦点不同，而且，若投影方向偏离管轴线和电子人射方向组成的平面，有效焦点的形状还会出现失
真。因此，使用时应注意保持实际焦点中心、X线输出窗中心与投影中心三点一线，即X 线中心线应对准影像中心。
二、旋转阳极X线管
旋转阳极X线管较好地解决了提高功率和缩小焦点之间的矛盾。它也由阳极、阴极和玻璃壳等三部分组成。其结构如图2＊所示。
高速运动的电子流由偏离X线管中心轴线的阴极射出，轰击到转动的靶面上，如图2于所示。由于高速运动的电子流轰击靶面所产生的热量，被均匀地分布在转动的圆环面上，承受电子流轰击的面积因阳极旋转而大大增加（实际焦点的尺寸不变、空间位置不变人使热量分布面积大大增加，所以有效地提高了X线管的功率，使减小实际焦点、配合适当减小靶角，以使有效焦点减小成为可能。
图2七旋转阳极X线管的结构图2q 旋转阳极X线管的焦点
旋转阳极X线管的最大优点是瞬时负载功率大、焦点小。目前，旋转阳极X线管的功率
多为20～50kw，高者可达150kw，而有效焦点多为1～2 mm，微焦点可达0．0 5～0．3 mm，从而大大地提高了影像的清晰度。
旋转阳极X线管与固定阳极X线管相比，除了阳极结构有明显不同外，其余相差不大。旋转阳极X线管的阳极主要由靶面、转子、转轴和轴承等组成，如图2l0所示。
国2-10 旋转阳极X线管的阳极结构
1．靶盘与靶面靶盘直径为7 0～15 0 mm之间的单凸状圆盘，中心固定在转轴（钥杆）上，转轴的另一端与转子相连，要求有良好的运动平衡性；靶角在6“～17．5“之问。用纯钨制成的靶盘与靶面，靶面使用不久就会出现表面龟裂、粗糙现象，致使X线管辐射X线的能力下降。用锋钨合金做靶面，铝或石墨做靶基，制成的铝基镰钨合金复合靶或石墨基殊钨合金复合靶，如图2l 所示。锌钨合金复合靶靶面晶粒细致，龟裂、粗糙情况减轻，且靶体重量轻、热容量大，可有效提高X线管连续负荷能力，使X线管达到了 5 0 kw的大功率和1．0 mm XI．0 mm的小焦点。有的还在靶盘上开几条径向的细膨胀缝以消除机械应力，进一步减轻龟裂现象。如图2丑2所示。
图2l 合金复合靶结构图2l2 消除机械应力的阳极靶面2．转子它由无氧铜制成，通过错杆与靶盘和靶面连为一体，转子转动时，靶盘和靶面随之转动。其表面黑化，以提高热辐射能力。
曝光结束、启动电机断电后，转子因惯性将有较长的静转时间（从切断启动电机定子电源开始到转子停止转动所用的时间人静转时间一般为数分钟至几十分钟。静转是无用的空转，制造噪声且磨损轴承，因此有必要在曝光结束后，即对旋转阳极进行制动，这样可减少噪声，延长轴承的寿命，进而延长X线管的寿命。对高速旋转阳极X线管来讲，制动可使旋转阳极迅速越过临界转速门I起共振的临界转速为5000～7000r／min人避免X线管损坏。对于低速旋转阳极X线管，如果转子的静转时间低于30山就说明轴承已明显磨损。
3．轴承与轴承的润滑轴承由耐热合金钢制成，可以承受较高的工作温度（约400oC 左右人为避免过多的热量传导到轴承，把阳极端的转轴外径做得较细或用管状钥杆，减少热传导，少量由阳极靶面传导过来的热量则大部分通过转子表面辐射出去。轴承的润滑剂都采用固体润滑材料，如二硫化铝、钼、铅等。
旋转阳极X线管与固定阳极X线管的散热方式不同，靶面受高速运动的电子流轰击所产生的巨大热量主要依靠热辐射进行散热，散热效率低，连续负荷后阳极热量急剧增加，靶盘温度不断上升。为防止由此造成的X线管损坏，有些X线机的X线管装置内设有温度限制保护装置，对X线管给予相应的保护。
三、特殊X线管
（一）金属陶瓷大功率X线管
当需要短时间曝光并承受大负载时，可使用大功率X线管。用硬质玻璃制成的固定阳极X线管与旋转阳极X线管，在进行连续大功率摄影时，往往由于玻璃壁击穿而损坏。这是由于新X线管的玻璃壳是绝缘体，阳极靶面反弹和释放出来的二次电子有相当一部分轰击到玻璃壳并附着其上，附着其上的电子一时不会全部消失，这将阻碍后来的电子附着到玻璃壳上，使玻璃壁免受大量高速电子轰击和侵蚀。但随着X线管使用时间的增长，由于灯丝蒸发和阳极靶面龟裂边缘处的钨蒸发，会使玻璃壳内壁附着一层金属钨的沉积物，沉积层与阳极相连形成第二阳极，致使一部分高速运动的电子轰击玻璃壳使其侵蚀，最终导致玻璃壳击穿，X线管损坏。
为了消除钨沉积层的影响，延长X线管的寿命，研制了一种金属陶瓷大功率旋转阳极X线管。金属陶瓷大功率X线管的灯丝和阳极靶盘与普通旋转阳级X线管相似，如图2l3所示。只是玻璃壳改为由金属和陶瓷组合而成。金属部分位于X线管中间部位并接地，以吸收二次电子，对准焦点处开有被窗以使X线通过。金属靠近阴极一端嵌人陶瓷内，采用钼（Nb）过渡，用铜焊接。金属靠近阳极一端嵌入玻璃壳中。玻璃与陶瓷部分起绝缘作用。
金属陶瓷大功率X线管，消除了玻璃壳那种由于钨沉积层所致X线管损坏的危险，所以可将灯丝加热到较高温度，以提高X线管的负荷。X线管管壳上的电场和电位梯度也保持不变，还可在低管电压条件下使用较高的管电流进行摄影，解决了普通X线管由于管壁击穿而损坏的问题。
图2－13 金属陶瓷大功率X线管图2l4 陶瓷绝缘X线管大功率陶瓷绝缘X线管，如图2l 所示。大直径门2 0 mm）铁钨合金复合靶盘、小靶角0”～13、。阳极在两端有轴承支撑的轴上旋转，用陶瓷绝缘，装在接地的金属管壳内，管壳装在钢制管套中。工作时还需使用一个外接的热交换器。热交换器的导管插入充油X线管的管套内，通过油泵、导管和热交换器，将管套内的油冷却。这种X线管的焦点尺寸为0．6…X1．3…或0．5…X 0．8mm，前者靶角为13＼后者靶角为9＼阳极转速为8000r／min。
（二）三极X线管
1．结构三极X线管是在普通X线管的阳极与阴极之间加了一个控制栅极，故又称为栅控X线管。三极X线管的其它部分与普通X线管类同，只是阴极的结构比较特殊，如图2l5所示。
2．控制原理如图2l 6所示，当栅极对阴极加一个负电压（一2—一5 kV）或负脉冲电压
图245 三极X线管的阴极结构图2－16 三极X线管控制原理
时，可使阴极发射的热电子完全飞不到阳极上，‘形不成管电流，不会产生X线。当负电压或负脉冲电压消失时，阴极发射的热电子在阳极与阴极之间的强电场作用下飞向阳极，形成管电流，产生X线。由于脉冲电压信号无机械惯性延时，控制灵敏，因此可实现快速连续X线摄影，摄影频率可达200帧／秒。
三极X线管有时还可制成一个没有实体栅极而有特殊形状的聚焦杯，如图2l 所示，灯丝与聚焦杯相互绝缘，负偏压加到聚焦杯和灯丝之间，它也具有三极X线管的栅控特性。通过负偏压可以控制X线管的电子流，当负偏压较低时，将有一部分电子飞向阳极，并能聚焦起来形成很窄的电子流，以获得很小的焦点，即微焦点。例如：给聚焦罩加一个低于X 线管截止电压的负偏压，如负400V，那么该负偏压将使阴极发射的电子聚焦，从而可获得0．1…X0．lmm的微焦点。若负偏压值再低，可获得更小的焦点，这就是微焦点X线管的工作原理。微焦点X线管常用于放大X线摄影。
图2－17 无栅三极X线管
3．特性三极X线管的特性，不仅取决于灯丝加热电流和管电压，还取决于栅极电位的变化。三极X线管兼有高压开关管和X线管的作用。
1）灯丝发射特性：由于栅极负电位对电子流起着阻碍作用，因此栅控X线管的灯丝发射特性要比一般X线管的差。获得相同的管电流，栅控X线管的灯丝加热电流要比一般X线管的灯丝加热电流大得多。
为了提高栅控X线管的管电流，将灯丝与聚焦罩相互绝缘，负电位加在聚焦罩上。这样，聚焦罩既起着聚焦作用，又起着栅极作用。阴极装有两组灯丝，同时加热，同时辐射热电子，在聚焦罩的作用下使两束电子流轰击到靶面的位置稍有差异，形成近似高斯分布的焦点，从而获得X线辐射强度分布较为合理的焦点，灯丝发射特性也得到了改善。它的焦点尺寸为1．2 mm XI．2 mm，最高工作电压12 5 kV，栅极切断电压为一2．5 kV。
J）截止特性：不同管电压时，使管电流截止的栅极电位也不同，如图2丑8所示。例如，在电容充放电X线机中，当管电压为12 5 kV时，截止管电流的栅极电位为一2．5 kV。栅极电位的变化会引起灯丝附近的电位分布发生变化，从而焦点宽度也随着改变（焦点长度变
图2－18 三极X线管的截止特性
化不大人为此，一般在灯丝两端使栅极金属丝的间隔变小，以改变上述现象。
3）时问控制特性：在栅控X线管的栅极和阴极之间加一矩形负脉冲电压，可实现瞬时曝光。理论上讲，瞬时曝光可短到10US，但由于高压电缆对地存在分布电容，因此栅控X线管实用的瞬时曝光时间临界值为lins。
三极X线管的灯丝辐射特性差，不能产生大的管电流，而且管电流越大，为保持管电压波形平稳的电容器也越大，所以三极X线管不适用于大功率的X线机。目前，已能制造最大管电流可达数百mA的三极X线管，X线脉冲持续时间可短到l～10m＼三极X 线管主要应用于X线电影摄影、X线电视、电容充放电X线机上。
（三）软X线管
1．特点当对乳房等软组织进行X线摄影时，用普通X线管得不到满意的摄影效果。为提高X线影像的对比度，须使用大剂量的软X线，为此一般使用软X线管来产生软X线。
软X线管具有以下特点：①X线输出窗的固有过滤小；②在低管电压时能产生较大的管电流；③焦点小。输出软X线提高X线量提高分辨率
2．结构与一般X线管相比，软X线管的结构特点是：①玻窗；②钼靶；③极间距离短。
（1）玻窗：软X线管的输出窗口一般用被（原子序数为4）制成，其X线吸收性能低于玻璃．固有滤过很小。软X经极易通过玻窗，可获得大剂量的软X线。
2）钼靶：软X线管的阳极靶面材料一般由钼或铹制成。临床实验证明，软组织摄影时最适宜的X线波长是0.06~0.09mm。而软X线管在管电压高于20kV时，除辐射连续X线外，还能辐射出波长为0.07mm和0.063mm的特征X线，如图2l9所示。摄影时主要是利用钼靶辐射的特征X线。一般要加上0.03 mm的钼片对波长小于0.063mm的稍硬X线进行选择性吸收而使其滤除，同时波长大于0.07mm的较软X线被钼片本身吸收，余下的软X线正好适合于软组织摄影。
3）极间距离短：普通X线管的极问距离为17 mm左右，而软X线管的极间距离一般只有10～13 mm。由于极间距离缩短，阴阳两极间的电场强度增大，在相同灯丝加热电流情况下，软X线管的管电流比一般X线管的管电流要大。另外，软X线管的最高管电压不超过 6 0 kV。
（四）CT用X线管
CT用X线管与一般X线机上使用的X线管结构基本相同，也有固定阳极X线管和旋转阳极X线管两种。安装时，固定阳极X线管的长轴与探测器平行，旋转阳极X线管的长轴与探测器垂直。
固定阳极X线管主要应用在第一、M代CT机中，而第一、M代CT机现已被淘汰，故在此不做介绍。
目前，各厂家生产的主导机型为第三代CT机，管电流一般为10 0～6 0 0 mA，扫描时间为0．5～7h 管电压为100～140A V。通常AT每扫描一层图像约需数百mA引为了满足诊断需要，通常要连续进行数十层扫描，故CT用X线管要求具有较大的热容量，基于以上原因，CT管结构、靶面材料、灯丝热变形系数、旋转轴承的自由膨胀系数、高温下的真空保持等，都要求有特殊的工艺措施才能保证在上述严格条件下正常运转。当前的CT 用X线管靶面多采用新型复合靶结构，配有较大体积的石墨基以增大热容量。外壳多为金属或陶瓷材料，如图2s0所示。
CT用X线管同时配有油循环系统以使产生的热量尽快扩散。如图2上1所示，油循环装置通过油管与管套内绝缘油相通，油循环装置由马达控制，通过绝缘油将管套内热量传递出来，同时油循环装置上备有风扇，及时将热量散发，有些CT上油循环的速率随油温的升高而加快，以加快热量的散发。
另外，为提高单位时间内CT的信息采集效率，有些CT还采用了飞焦点技术。这种技术的特点是阴极发射的电子流在高速飞向阳极的过程中，被偏转线圈产生的偏转磁场改变了其垂直人射点，如图2上2所示。
图中，A表示阴极
电子垂直人射到阳极靶面上形成的焦点，如图2S2 （）所示；B表示阴极电子经过偏转磁场作用后人射到阳极靶面上形成的焦点，如图2上2 u）所示。这两个焦点所形成的两束X线分别通过被相应的检体后被检测器采集，经处理获取两组数据，这种飞焦点技术可以在不增加辐射功率的情况下，获得更多的信息量，如图2上2门）所示。例如，“m 扯。mAR系列CT均采用飞焦点X线管。
四、特性与参数
X线管的特性与参数因X线管的型号不同而不同。只有熟悉、掌握各种X线管的特性曲线、电参数以及构造参数后，才能正确地使用X线管，并在参数允许范围内，充分发挥X线管的最大效能。
（一）特性
1．阳极特性曲线它是在一定的灯丝加热电流汗；）下，管电压（U＊与管电流问）之间的关系。
阴极灯丝发射的热电子大致可以分为三个区域：①灯丝前端发射出来的电子，它们在静电场作用下飞往阳极，这部分电子的运动不受阻力；②灯丝侧面发射出来的电子，这部分电子的运动特点是在空间发生交叉后飞向阳极，因此它们的运动要受到一定的阻力；③灯丝后端发射出来的电子，由于电子之间相互排斥和灯丝的屏蔽作用，致使电场作用力很微弱，因此这部分电子滞留在灯丝后面的空间，形成“空间电荷”，空间电荷只能随着管电压的升高而逐渐飞向阳极。
当管电压为直流时，阳极特性曲线如图2《3所示。图中入表示灯丝加热电流，当灯丝加热电流为入；时，曲线可分为两段：①OA1段，此时由于管电压较小，灯丝附近存在着大量的空间电荷，随着管电压的升高，空间电荷逐渐减小，飞往阳极的电子数目随之增加，即管电流随管电压升高而增大，这段曲线反映了空间电荷起主导作用，可近似看为直线，管电流与管电压成正比例，故该段曲线所在区域称为比例区；②A1B1段，此时管电流不再随管电压增加而明显上升，趋向饱和，该段曲线所在区域称为饱和区。在饱和区，管电流与管电压基本无关，管电流的大小主要由灯丝加热电流决定。当灯丝加热电流从入；增大到入。时，阳极特性由曲线OA在。表示，由于灯丝发射的电子数目增多，相同管电压下，管电流变大；同时由于空间电荷增多，使管电流达到饱和的管电压随之升高。
2．灯丝发射特性曲线它是在一定的管电压下，管电流汗＊与灯丝加热电流u；）的关系。图2上4是XD。；型X线管在单相全波整流电路中的大焦点灯丝发射特性曲线。由图可见，由于空间电荷的作用，在同一加热电流时，10 0 kV获得的管电流较6 0 kV的大，而要得到同一管电流，100kV时要比60kV时所需的入小。由此可知，欲分别单独调整管电压和管电流以获得所需“质”和“量”的X线，就必须对空间电荷进行补偿。补偿的原则是：当管电压变高时，适当减小灯丝加热电流，以使管电流不随管电压的变化而变化。反之，当管电压变低时，则适当增加灯丝加热电流。
（二）电参数
X线管常见的电参数有灯丝加热电压、灯丝加热电流、最高管电压、最大管电流、最长曝光时间、容量、标称功率、热容量等。
1．最高管电压它是可加到X线管两极间的最高管电压。它由X线管的长度、形状、绝缘介质的种类以及管套的形状决定。X线管工作时，管电压不得高于最高管电压，否则，将导致管壁放电、甚至击穿而使X线管损坏。
图2上3 阳极特性曲线图2呕4 XDl型X线管大焦点灯丝发射特性曲线2．容量它是X线管在安全使用条件下，单次曝光或连续曝光而无任何损坏时所能承受的最大负荷量。
1）影响因素：增大容量的途径，通常有五个：①增大焦点面积；②减小靶面倾角；
③增加阳极转速；④增大焦点轨道半径；⑤减小管电压波形的纹波系数。
容量还与曝光时问有关，曝光时间增长，容量将相应地减小。这是因为单次曝光时间越长，阳极所产生的热量就越多，X线管的容量就越小；多次连续摄影因阳极热量的积累，X线管的容量就更小；由于透视时间一般较长，且必要时还需点片，所以透视、点片用X 线管的容量最小。另外，容量还与整流方式有关，管电压波形的纹波系数越小，容量越大；反之则小。
u）标称功率：同一只X线管的容量是一个不确定量，为了便于比较，通常将一定整流方式和一定曝光时间下X线管的最大负荷称为X线管的标称功率，也称额定容量或代表容量。
固定阳极X线管的标称功率是指在单相全波整流电路中，曝光时间为1s时的容量。例
如，XD．上·9 ／10 0型X线管的标称功率为：小焦点门．8 mm XI．8 mm）2 kw，大焦点（4．3 mm X 4．3 mm）9 kW o
旋转阳极X线管的标称功率是指在三相全波整流电路中，曝光时间为0．1北的容量。例如，XD。；上0·40／125型旋转阳极X线管的标称功率为：小焦点门．omm XI．omm）20kw，大焦点u．0 mm X 2．0mm）4 0 kw。
3）表示方法：它可分为瞬时负荷与连续负荷两种表示方法。
l）瞬时负荷的容量表示方法：曝光时间为数毫秒到数秒的单次摄影称为瞬时负荷。瞬时负荷的容量常用瞬时负荷特性曲线表示。图2上5是XD。；上0·4 0 ／12 5型旋转阳极X线管大焦点瞬时负荷特性曲线。图中，横轴表示曝光时间，纵轴表示管电流，管电压为参变量，曲线下方为可使用范围，上方为过荷范围。它可以直接指明在一定的整流方式、管电压和管电流条件下，所允许的最长曝光时间。这对安装和调试X线机很方便。X线管型号不同，其瞬时负荷特性曲线也不同；同一只X线管大、小焦点的瞬时负荷特性曲线也不相同；整流方式变化时，X线管的瞬时负荷特性曲线亦将发生变化。
由于电源电压有波动，各测量仪表均存在误差以及X线机本身的因素，实际使用X线管时，允许的最大负荷只能按容量的85％～90％设计。我国规定管电压允许误差为士7％，管电流允许误差为土10％，曝光时间允许误差为士15％（大于或等于0．1由单相非零相位合闲人mAs允许误差为士20％。在使用中要注意合理选定曝光参数，大、中型X线机一般均设有容量保护装置，当单次摄影选择的曝光条件过高，超过X线管的最大允许容量时，摄影不能进行，且过载指示灯持续亮或闪烁以提醒操作者降低曝光条件，以防X线管因过荷工作而损坏。
2）连续负荷的容量表示方法：曝光时间为10s以上的透视称为连续负荷。在X线机说明书中对X线管连续负荷的容量一般有如下两种标注方法：①连续使用时的容量。例
如，某X线管的容量为200W连续使用。②限定管电压、管电流和透视时间。例如，某X 线管的容量为10 0 kV、3．5 mA连续使用。
3．热容量连续多次摄影或透视与点片摄影交替进行的曝光称为混合负荷。瞬时负载特性曲线，只能说明单次摄影的安全容量，而不能说明混合负荷温升和散热的关系。对于混合负荷，用X线管的热容量来替代容量则更为合理。
门）定义：曝光时，阳极靶面将产生大量的热。生热的同时伴随着冷却，如果生热快，散热（又称冷却）慢，则阳极将积累热量。其它条件一定时，阳极积累的热量越多，冷却速率越大。单位时间内传导给介质的热量称为散热率（又称冷却率入X线管处于最大冷却率时，允许承受的最大热量称为热容量。
热容量的单位是焦耳U人即
IJ一IkV（有效值）X lmA（有效值）X Is
热容量的单位目前还使用热单位截e扯unit，HU）来表示，即
IH U—IkV（峰值）XI mA（平均值）XIs
单相全波整流情况下，两者的换算关系是：IHU—0．77Ws一0．77）
由于高压整流方式不同，整流后的波形也不同，所以在各种不同的整流电路内，X 线管产生的热量是不相同的。在计算阳极产生的热量时，应乘以相应的系数，见表2l。
五、管套
X线管的管套是放置X线管的特殊容器，现代X线管的管套均为防电击、防散射、油浸式，其结构常随用途不同而有所差别。
1．固定阳极X线管管套其基本结构如图2上8所示。整个管套是由薄铜板或铝等金属制成。这种管套体积小，管套内高压部件对地的距离很短，靠变压器油绝缘。管套的一端或两端装有耐油橡胶或金属制成的膨胀器，以适应油的涨缩，防止管套内油压增加。管套内壁侧材有薄铅层，以防止散射X线射出。管套中央开一圆口，称为放射窗，并装有透明塑料或有机玻璃制成的凹形窗日，窗口向内凹来接近X线管以减少油层厚度，增加X线输出剂量。通过窗口可以观察X线管灯丝的亮度。管套一侧的两边，各装有一只高压插座，以便连接高压电缆。另外，为了吸收对人体有害的软X线，通常在窗日前放置一层铝滤过片。有些管套为了避免焦点外X线的射出，在窗日处还装有杯状的铅窗。
整个管套内充满变压器油，作为绝缘和冷却用。灌油孔多在窗口附近或管套两端。有的管套无专用灌油日，可用窗口兼之。
图2《8 固定阳极X线管管套
2．旋转阳极X线管管套它与固定阳极X线管管套类同。只是管套的阳极端内侧设有旋转阳极启动电机的定子线圈。定干线圈的引线接线柱固定在阳极端内层封盖上，且与高压绝缘，以便和控制台内的旋转启动电路连接，如图2－2 9所示。
有些大功率X线管的管套，在玻璃壳外壁（靠近阳极侧）或管套外壁设置一个温度传
感器，当油温过热时，自动切断高压，以保护X线管。
3．组合机头为了使小型X线机轻便，将X线管、灯丝变压器以及高压变压器等共同组装在一个充满变压器油的密封容器中，称为组合机头。管套多为圆筒形，因无高压电缆，故无高压插座，其结构简单，如图2七0所示。
20世纪80年代出现的中、高频X线机，因高压变压器、灯丝加热变压器以及高压整流器等部件的体积成倍减小，使X线管、高压变压器、灯丝加热变压器装在一起成为可能，形成了新一代的大功率组合机头。
图2呕9 旋转阳极X线管管套
图2刁0 组合机头结构图
图2刁1 高压发生器的结构示意图
第二节高压发生器
高压发生器的作用是：①把自耦变压器输人的交流电压升高数百倍，再经整流，为X 线管提供产生X线所需的直流高压；②把X线管灯丝初级电路输人的交流电压降低，为X 线管灯丝提供加热电压；③如配有两只以上X线管，还要完成管电压和灯丝加热电压的切换。
如图2七1所示，高压发生器由高压变压器、X线管灯丝变压器、高压整流器、高压交
换闸（配两只以上X线管时用X高压插座等高压元器件组成。按要求组装后置于方形或圆形钢板制成的箱体内。箱体内充以变压器油，以加强各部件之间的绝缘和散热，箱体应接地，以防高压电击造成的危害。
一、高压变压器
高压变压器是产生交流高压的器件，为X线管提供高压电能。其工作原理与普通变压器相同，但运行状态较为特殊。它具有如下特点：①次级输出电压高；②设计容量可等于最高输出容量的1／5～l”；③高压变压器次级中心点接地。
1．构造高压变压器由铁心、初级绕组、次级绕组、绝缘材料和固定件等组成。如图2－32所示。
图2O2 高压变压器的结构示意图
门）铁心：其作用是提供磁路。它由表面涂有薄绝缘漆的硅钢片，采取交叉叠片的方法，嵌制成闭合口字形或日字形，叠制成阶梯状，再用扁铁或角铁夹持并用螺栓紧固。现代高压变压器的铁心，广泛采用C形卷绕铁。0。
＊）初级绕组：其匝数较少（数百匝人所加电压不高u00V以下人对线圈层间绝缘强度的要求不十分严格。但瞬间通过它的电流很大（几十A～几百A人一般采用厚度为0．12 mm的电缆纸或多层0．0 2 mm的电容器纸作为绝缘介质。初级导线多用线径较粗的纱包或
第三节控制台
控制台最初以实现X线管在曝光过程中的管电压儿VX管电流（mA）和曝光时间三个基本参量的控制为主要任务，一般称之为三钮制控制台。最短曝光时间约为0．02～0．04s。
1950～1960年间出现了二钮制控制台，Bg在X线曝光前只预选kV值和代表X线总辐射量的mA s值。
19 7 0年以后出现了单钮制控制台，在曝光操作过程中，只需选定kV值，使X 线曝光参量的调节和操作程序大为简化。
单钮制控制台出现不久，由于计算机技术在X线发生装置的应用，又出现了零钮制控制台。按人体脏器分类，设置部位按钮，摄影前，只需按动相应的部位按钮，从计算机存储器中调出相应的程序，被摄影部位的曝光参数即自动选定，使操作程序进一步简化。为满足摄影条件灵活搭配的需要，三钮制控制台仍被普遍使用。
一、对电路的基本要求
控制台电路必须满足X线管产生X线的下列基本要求。
1．可调管电流能给X线管灯丝提供一个在规定范围内可以调节的加热电压，以改变
X线管灯丝的加热温度，达到控制X线辐射强度的目的。
2．可调管电压能给X线管提供一个很高且可以调节的管电压，使X线管灯丝辐射的热电子高速运动以轰击阳极靶面产生X线，达到控制X线质的目的。
3．可调曝光时间使供给X线管的高压在选定的时间内接通和切断，以准确控制X线的发生时间。
二、基本电路
上述要求是控制台最基本的电路要求。实际使用的控制台，电路要求要复杂得多，一般应由下列四个单元电路构成。
1．电源电路它是为控制台内的自耦变压器输送电能的电路。
2．X线管灯丝加热电路它是为X线管灯丝输送加热电源的电路。
3．高压发生电路它是将自耦变压器供给的低电压转化为直流高电压输送到X线管两极的电路。
4．控制电路它是控制X线发生和停止，以及与此相关的各种电路所构成的电路。
把上述四个单元的电路有机地组合在一起，就构成了控制台的完整电路。它们之间既因其作用不同而有各自的独立性，又因其内在联系而有相互制约性，任一单元电路发生故障，都将影响X线发生装置的正常工作。各单元电路的相互关系如图2卡9所示。
大型X线发生装置的控制台电路还设有各式各样的保护电路，但一台完整的X线发生装置，其控制台电路主要由上述四个单元电路构成，它们之间互相配合、谐调工作。
图2刁9 控制台的电路构成图