X射线的产生及调节方法探析

郝国防

摘 要：X射线在医学诊断和治疗中应用非常广泛，特别是X射线诊断技术，已经成为现代医学不可缺少的工具。通过对X射线的产生机制和调节方法的探析，可以掌握X射线成像技术的基本原理，这对医学病理分析具有重要意义。

关键词：X射线；阳极靶；X射线的强度；X射线的硬度

一、X射线的产生装置

X射线的产生装置主要由X射线管、低压电源和高压电源三部分构成，如图所示。其中X射线管是产生X射线的核心部件，其内部为抽成高度真空，并在内部封装了阴极和阳极两个电极。阴极由螺旋状形状的钨丝做成，由压电源（2～8V）单独供电，通过调节电流（2～10A）使灯丝加热到炽热而发射电子，灯丝电流越大，温度越高，单位时间内发射的热电子数就越多，阳极通常为一铜质圆柱体，柱端斜面上嵌有一小块钨板，作为阳极靶。降压变压器把220伏电压降低给灯丝供电，可变电阻用于调节管电流的大小，使灯丝的温度发生变化，从而改变阴极灯丝发射的电子数量，实现对X射线强弱的调节。升压变压器把220伏交流电升压，经二极管D1-D4桥式整流电路转变为几十千伏到几百千伏的直流高压，加到射线管的阳极和阴极之间，形成管电压。调节开关S，可以改变管电压的大小，管电压在射线管的阳极与阴极之间形成很强的电场，从阴极灯丝射出的电子经电场作用，高速运动到达阳极靶，形成管电流，这些高速运动的电子被阳极靶制动，就使X射线从阳极靶向四周辐射出来。

二、X射线的强度和硬度

1.X射线的强度

X射线的强度是指单位时间内通过与X射线方向垂直的单位面积上的辐射能量，用I表示，单位为W·㎡。如果用X射线光子的能量表示X射线的强度，则有：

式中N1、N2、…、Nn表示单位时间内通过垂直射线方向上单位面积内能量为hv1、hv2、…、hvn的光子数，由上式可知，增加X射线强度的方法有两种：一是增加光电流，使灯丝变热，可以增加单位时间内从阴极发射出的电子数，从而增加光子数Ni；二是增加管电压，可使轰击阳极靶的电子能量增加，从阳极靶辐射出的光子的能量hvi也随之增加。在医学上，常用管电流的毫安数间接地表示X射线的强度大小，称为毫安率。通过调节管电流，可以改变X射线的强度，X射线管电流越大，灯丝温度越高，单位时间内从阴极发射的电子数就越多，撞击阳极靶后辐射出的X射线光子数增多，就会产生较强的X射线。

在进行医学检测时，需根据检测部位和患者的年龄对X射线的强度进行适当调整，既要获得清晰的图像，又不会对患者造成辐射伤害。

2.X射线的硬度

X射线的硬度是指X射线的穿透本领，对于一定的吸收物质，X射线被吸收得越少，则穿透的量就越多，X射线就越硬。X射线管的管电压越高，轰击阳极靶的电子动能就越大，从而产生的X射线的光子的能量也越大，越不易被吸收，穿透力越强，X射线就越硬。也就是说，X射线的硬度取决于X射线管的管电压，通过调节管电压的大小，就可以获得穿透本领不同的X射线，在医学上，常用管电压的千伏数（kV）来表示X射线的硬度，称为千伏率。常根据X射线在医学上的不同用途，把X射线的软硬分为极软、软、硬、极硬四类，它们的管电压、最短波长和主要用途见下表。

参考文献：

[1]李光勋，王云创.医用物理学[M].北京：科学出版社，2013.

[2]侯玉林，楼渝英.医用物理学[M].西安：西安交通大学出版社，2012.