X線管 – 日本語百科事典辞書

X-ray_tube
AN X線管は、ある真空管への入力電力を変換するX線。この制御可能なX線源の利用可能性は、X線撮影の分野、つまり透過放射線による部分的に不透明な物体の画像化を生み出しました。他の電離放射線源とは対照的に、X線はX線管にエネルギーが与えられている間だけ生成されます。X線管は、CTスキャナー、空港の荷物スキャナー、X線結晶学、材料および構造の分析、および産業検査にも使用されます。
高性能コンピュータ断層撮影（CT）スキャンおよび血管造影システムに対する需要の高まりにより、非常に高性能な医療用X線管の開発が推進されています。
1917年頃からのCoolidgeX線管。加熱された陰極が左側にあり、陽極が右側にX線は下向きに放出されます。

コンテンツ
1 歴史
2 物理
2.1 熱放出
3 タイプ
3.1 クルックス管（冷陰極管） 3.2 クーリッジ管（熱陰極管） 3.3 回転陽極管 3.43.4 マイクロフォーカスX線管
4 真空管からのX線生成の危険性
5 も参照してください
6 特許
7 参考文献
8 外部リンク

歴史
X線管は、1895年11月8日にドイツの物理学者ヴィルヘルムコンラッドレントゲンによってX線が最初に発見された実験的なクルックス管から発展しました。これらの第1世代の冷陰極またはCrookesX線管は1920年代まで使用されていました。クルックス管は、改善されたウィリアム・クーリッジに1913 ザ・クーリッジ管とも呼ばれる、熱陰極管は、最も広く使用されています。非常に高品質の真空（約10 -4 Pa、または10 -6 Torr）で動作します。
1980年代後半まで、X線発生器は単に高電圧のACからDCへの可変電源でした。1980年代後半に、高速スイッチングと呼ばれる別の制御方法が登場しました。これは、スイッチング電源（別名スイッチモード電源）の電子技術に従い、X線ユニットのより正確な制御、より高品質の結果、およびX線被曝の低減を可能にしました。

物理

60kVで動作するロジウムターゲットを
備えたX線管から放出されるX線のスペクトル
。滑らかで連続的な曲線は制動放射によるもの
であり、スパイクは
ロジウム原子の特徴的なK線です。
他の真空管と同様に、真空中に電子を放出する陰極と、電子を収集するための陽極があり、管を通るビームと呼ばれる電流の流れを確立します。管電圧と呼ばれる高電圧電源、たとえば30〜150キロボルト（kV）が陰極と陽極の間に接続され、電子を加速します。X線スペクトルは、アノード材料と加速電圧に依存します。
カソードからの電子は、通常はタングステン、モリブデン、または銅であるアノード材料と衝突し、アノード材料内の他の電子、イオン、および核を加速します。生成されたエネルギーの約1％は、X線として、通常は電子ビームの経路に垂直に放出/放射されます。残りのエネルギーは熱として放出されます。時間の経過とともに、タングステンはターゲットからガラス表面を含むチューブの内面に堆積します。これにより、チューブがゆっくりと暗くなり、X線ビームの品質が低下すると考えられていました。気化したタングステンは、「窓」の上のエンベロープの内側で凝縮するため、追加のフィルターとして機能し、チューブが熱を放射する能力を低下させます。最終的に、タングステン堆積物は十分に導電性になり、十分に高い電圧でアーク放電が発生する可能性がアークは陰極からタングステン堆積物、そして陽極にジャンプします。このアーク放電は、X線ウィンドウの内部ガラスに「クレージング」と呼ばれる効果を引き起こします。時間の経過とともに、低電圧でもチューブが不安定になるため、交換する必要がこの時点で、チューブアセンブリ（「チューブヘッド」とも呼ばれます）がX線システムから取り外され、新しいチューブアセンブリと交換されます。古いチューブアセンブリは、新しいX線チューブを再装填する会社に出荷されます。
X線光子生成効果は一般的に呼ばれて制動放射効果、ドイツの収縮bremsenブレーキに意味、そしてStrahlungは意味放射線を。
システムが放出するフォトニックエネルギーの範囲は、印加電圧を変更し、さまざまな厚さのアルミニウムフィルターを取り付けることで調整できます。X線ビームの経路にはアルミニウムフィルターが取り付けられており、「ソフト」（非透過性）放射線を除去します。放出されるX線光子の数、つまり線量は、電流の流れと露光時間を制御することによって調整されます。

熱放出
アノードの焦点で熱が発生します。電子エネルギーのごく一部（1％以下）がX線に変換されるため、熱計算では無視できます。焦点で生成される（ジュール単位の）熱量は次の式で与えられます。
E e = w V I {E _ { mathrm {heat}} = w mathrm {V_ {p}} mathrm {I} mathrm {t}}
${ E_{mathrm {heat} }=wmathrm {V_{p}} mathrm {I} mathrm {t} }$
w {w}

ある
波形因子
V { mathrm {V_ {p}}}

=ピークAC電圧（ボルト単位） I { mathrm {I}}

=管電流（ミリアンペア） { mathrm {t}}

=露出時間（秒単位）
ヒートユニット（HU）は、過去にジュールの代わりに使用されていました。単相電源をX線管に接続する場合に便利なユニットです。正弦波の全波整流を使用すると、 w {w}

=1 2≈ 0.707
{{ frac {1} { sqrt {2}}} 約0.707}

、したがって、熱ユニット：
1 HU = 0.707 J
1.4 HU = 1 J

タイプ

クルックス管（冷陰極管）

1900年代初頭からのX線管をクルックします。カソードは右側にあり、アノードは中央にあり、左側にヒートシンクが取り付けられています。10時の位置の電極はanticathodeです。上部のデバイスは、ガス圧を調整するために使用される「柔軟剤」です。
クルックス管は、加熱されたフィラメントの代わりに、管内の残留空気のイオン化によってX線を生成するために必要な電子を生成したため、部分的にではあるが完全には排気されませんでした。それらは、空気の大気圧が約10 -6〜5 ×10 -8（0.1〜0.005 Pa）のガラス球で構成されていました。それらは、管の一端にアルミニウム陰極板を持ち、他端に白金陽極ターゲットを持っていた。陽極表面は、X線が管の側面を通って放射されるように角度が付けられていました。陰極は凹面であるため、電子は陽極上の小さな（〜1 mm）スポットに集束し、X線の点光源に近づき、より鮮明な画像が得られました。管には、陽極に接続された対電極である第3の電極がありました。X線出力を改善しましたが、それを達成した方法は理解されより一般的な配置では、アノードがカソードとアンチカソードの間にあるように、アノードに沿って銅板のアンチカソード（カソードと構造が類似している）を使用した。
動作させるために、アノードとカソードの間に数キロボルトから最大100 kVのDC電圧を印加しました。これは通常、誘導コイル、またはより大きな真空管の場合は静電機械によって生成されます。
クルックス管は信頼できませんでした。時間の経過とともに、残留空気はチューブの壁に吸収され、圧力が低下します。これにより、チューブの両端の電圧が上昇し、最終的にチューブが機能しなくなるまで、「より硬い」X線が生成されました。これを防ぐために、「軟化剤」デバイスが使用されました（写真を参照）。メインチューブの側面に取り付けられた小さなチューブには、加熱すると少量のガスを放出して正しい圧力に戻すマイカスリーブまたは化学薬品が含まれていました。
チューブのガラスエンベロープは、X線がその構造に影響を与えるため、使用中に黒くなります。

クーリッジ管（熱陰極管）

Coolidgeサイドウィンドウチューブ（スキーム）
C：フィラメント/カソード（-） A：アノード（+） Wであり、Wアウト：冷却装置の水入口と出口
クーリッジ管では、電流によって加熱されたタングステンフィラメントからの熱電子効果によって電子が生成されます。フィラメントはチューブの陰極です。高電圧電位は陰極と陽極の間にあるため、電子は加速されて陽極に衝突します。
エンドウィンドウチューブとサイドウィンドウチューブの2つのデザインがエンドウィンドウチューブには通常、X線がターゲットを通過できるように十分に薄い「透過ターゲット」があります（X線は電子の移動と同じ方向に放出されます）。1つの一般的なタイプのエンドウィンドウチューブでは、フィラメントはアノードの周りにあり（「環状」またはリング状）、電子は湾曲した経路（トロイドの半分）を持っています。
サイドウィンドウチューブの特別な点は、静電レンズを使用して、アノードの非常に小さなスポットにビームを集束させることです。アノードは、この強力に集中した電子の集中砲火から生じる熱と摩耗を放散するように特別に設計されています。アノードは、電子電流の方向に垂直に放出されるX線光子の一部を逃がすことができるように、電子電流に対して垂直に1〜20度の角度で正確に角度が付けられています。アノードは通常、タングステンまたはモリブデンで作られています。チューブには、生成されたX線フォトンを逃がすために設計されたウィンドウが
クーリッジ管のパワーは、通常0.1から18の範囲キロワット。

回転陽極管

簡略化された回転陽極管の概略図
A：アノード C：カソード T：アノードターゲット W：X線ウィンドウ

典型的な回転陽極X線管
固定アノードの焦点（カソードから来る電子ビームが当たる領域）でかなりの量の熱が発生します。むしろ、回転するアノードは、電子ビームがアノードのより広い領域を掃引することを可能にし、したがって、静止状態と比較してアノードへの損傷が減少するとともに、放出される放射線の強度が高いという利点を利用する。
焦点スポット温度は、露光中に2，500°C（4，530°F）に達する可能性があり、アノードアセンブリは、一連の大規模な露光後に1，000°C（1，830°F）に達する可能性が典型的なアノードは、グラファイトで裏打ちされたモリブデンコア上のタングステン-レニウムターゲットです。レニウムはなりタングステン電子ビームの衝撃から着用するより延性及び耐。モリブデン導通がターゲットから加熱します。グラファイトは、陽極の蓄熱を提供し、アノードの回転質量を最小化します。

マイクロフォーカスX線管
一部のX線検査（非破壊検査や3Dマイクロトモグラフィーなど）では、非常に高解像度の画像が必要であるため、通常は直径50μm未満の非常に小さな焦点スポットサイズを生成できるX線管が必要です。これらの管はマイクロフォーカスX線管と呼ばれます。
マイクロフォーカスX線管には、固体陽極管と金属ジェット陽極管の2つの基本的なタイプが
固体陽極マイクロフォーカスX線管は、原則としてCoolidge管と非常に似ていますが、電子ビームを陽極上の非常に小さなスポットに集束できるように注意が払われているという重要な違いが多くのマイクロフォーカスX線源は、5〜20μmの範囲のフォーカススポットで動作しますが、極端な場合、1μm未満のスポットが生成されることが
固体陽極マイクロフォーカスX線管の主な欠点は、動作する電力が非常に低いことです。アノードの溶融を回避するために、電子ビームパワー密度は最大値未満でなければなりません。この値は、アノードの材料に応じて、0.4〜0.8W /μmの範囲のどこかにこれは、10μmの電子ビーム焦点を備えた固体陽極マイクロフォーカス源が4〜8Wの範囲の電力で動作できることを意味します。
金属噴流アノードマイクロフォーカスX線管固体金属アノードは、電子ビームのターゲットとして作用する液体金属の噴流、で置換されています。メタルジェットアノードの利点は、最大電子ビームパワー密度が大幅に増加することです。さまざまなアノード材料（ガリウムとスズ）について、3〜6W /μmの範囲の値が報告されています。 10μmの電子ビーム焦点の場合、金属ジェットアノードマイクロフォーカスX線源は30〜60Wで動作する可能性が
メタルジェットX線管の出力密度レベルの向上の主な利点は、より小さな焦点、たとえば5μmで動作して画像の解像度を向上させると同時に、出力がより速く画像を取得できることです。焦点が10μmの固体陽極管よりも高い（15-30 W）。

真空管からのX線生成の危険性

X線を生成できる2本の高電圧整流管
数千ボルト以上で動作する真空管は、不要な副産物としてX線を生成し、安全上の問題を引き起こす可能性が電圧が高いほど、結果として生じる放射線を透過しやすくなり、危険性が高まります。かつてカラーテレビやコンピューターディスプレイで一般的だったCRTディスプレイは、3〜40キロボルトで動作し、家電製品の主な関心事となっています。歴史的に、ブラウン管の厚いガラスエンベロープには、内部の高電圧（HV）整流器や定電圧管よりも、シールド用に数ポンドの鉛が含浸されているため、懸念はブラウン管にあまり集中していませんでした。1960年代後半、一部のGeneral Electric TVのHV供給回路に障害が発生すると、レギュレーターチューブに過剰な電圧が残り、X線が放出される可能性があることが判明しました。モデルがリコールされ、その後のスキャンダルにより、この危険性の規制を担当する米国の機関である食品医薬品局（FDA）のデバイスおよび放射線健康センターは、すべてのテレビに過電圧を防ぐための回路を含めることを要求しました。失敗した場合。過剰な電圧に関連する危険は、CRT以外のチューブを持たないオールソリッドステートTVの出現によって排除されました。1969年以来、FDAはTVX線放射を1時間あたり0.5mR（ミリレントゲン）に制限しています。1990年代以降、CRTから他のスクリーン技術への切り替えにより、X線を放射できる真空管はまったくありません。

も参照してください
コモンズには、X線管に関連するメディアが
電子ビームトモグラフィー
冠動脈造影
放射光
蛍光X線
X線発生器
ガラスから金属へのシール

特許
Coolidge、米国特許1，211，092、「X線管」
Langmuir、米国特許第1，251，388号、「X線管を制御するための方法および装置」
Coolidge、米国特許1，917，099、「X線管」
Coolidge、米国特許1，946，312、「X線管」

参考文献
^ Behling、Rolf（2015）。最新の診断用X線源、技術、製造、信頼性。ボカラトン、フロリダ州、米国：テイラーとフランシス、CRCプレス。ISBN 9781482241327。
^ Coolidge、米国特許1，203，495。優先日1913年5月9日。
^ 連続と特性線のダイアグラムアーカイブで2008年2月23日、ウェイバックマシン ^ ジョンG.ステアズ; Joel P. Felmlee; Joel E. Gray（1986年9月）、「cf。、X線管内のタングステンの蓄積による半値層の増加：事実または虚構」、放射線学、160（3）：837–838、doi：10.1148 / radiology.160.3.3737925、PMID 3737925 ^ http://sprawls.org/ppmi2/XRAYHEAT/ ^ http://sprawls.org/ppmi2/XRAYHEAT/ ^ ペリー・スプロールズ博士 X線管の加熱と冷却、医用画像の物理的原理のWebベース版、第2版から。
^ https://patents.google.com/patent/US2900543A/en
^ Grider、A Wright、およびPK Ausburn（1986）、「マイクロフォーカスX線管での電子ビーム溶解」、J。Phys。D：Appl。物理学 19：2281-2292 ^ M. Otendal、T。Tuohimaa、U。Vogt、およびHM Hertz（2008）、「9 keVの電子衝撃液体ガリウムジェットX線源」、Rev。Sci。インストラム。79：016102 ^ T. Tuohimaa、M。Otendal、およびHM Hertz（2007）、「液体金属ジェットアノードマイクロフォーカスソースを使用した位相コントラストX線イメージング」、Appl。物理学レット。91：074104 ^ 「私達はあなたにテレビの放射について知ってほしい」。Center for Devices and Radiological Health、米国FDA。2006年。 2007年12月18日のオリジナルからアーカイブ。
^ ピッカリング、マーティン。「X線保護の非公式の歴史」。sci.electronics.repairFAQ 。
^ ホン、ミシェル。「テレビ受像管の電圧」。取得した11年8月2016。

外部リンク
X線管-X線管のX線写真
ブラウン管サイト
ニューヨーク州放射線科学協会
ポーランドのGrzegorzJezierskiによるX線管のコレクション
メタルジェットアノードマイクロフォーカスX線管のメーカーであるExcillumAB
X線管がどのように機能するかの例。”