X射線管和高壓電源的類型

X射線管有多種形狀和尺寸以適應(yīng)不同的應(yīng)用，也有多種高壓電源和控制電路可供使用。本節(jié)介紹了各種類型的 X 射線管和三種高壓電路：簡單 X 射線管、帶 Be 窗口的 X 射線管、旋轉(zhuǎn)陽極 X 射線管、陶瓷 X 射線管、端面窗X射線管、X射線衍射儀用X射線管、微焦點X射線管、開放式X射線管（透射靶X射線管和反射靶X射線管）。將討論三種類型的高壓電路：陽極接地、陰極接地和雙極。

簡單的 X 射線管

一個簡單的 X 射線管由產(chǎn)生熱電子的燈絲（陰極）和在電子碰撞時產(chǎn)生 X 射線的陽極組成，固定在玻璃管中并抽真空。其中許多管子都比較小，使用的電壓范圍從 20 kV 到 130 kV。它們用于使用 X 射線進行無損檢測、異物檢測、分析和醫(yī)療應(yīng)用。它們通常放置在充滿絕緣油的特殊金屬外殼（X 射線管外殼）中，以減少 X 射線泄漏并使其安全且易于處理。在某些情況下，表面覆蓋有樹脂或其他材料。在基礎(chǔ)設(shè)施等的無損檢測中，使用充滿絕緣氣體的X射線屏蔽箱代替絕緣油，以減輕X射線裝置的重量。

鈹窗 X 射線管

鈹窗 X 射線管是一種 X 射線管，在 X 射線的輸出部分附有鈹（元素符號 Be，原子序數(shù) 4）。X射線管電壓范圍從幾千伏到80kV，主要用于X射線分析。它們比普通的 X 射線管貴約 2,000 美元。

旋轉(zhuǎn)陽極 X 射線管

旋轉(zhuǎn)陽極 X 射線管是一種 X 射線管，當(dāng)被電子束撞擊時產(chǎn)生 X 射線的陽極在其中旋轉(zhuǎn)。通過旋轉(zhuǎn)陽極，可以分散熱量，增加管電流以增加X射線的強度。它主要用于CT和X射線等醫(yī)療應(yīng)用。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它是一種非常昂貴的X射線管。

旋轉(zhuǎn)陽極 X 射線管

陶瓷 X 射線管

陶瓷X射線管是一種真空管，其中X射線管的絕緣部分由陶瓷代替玻璃制成。它們耐熱、耐沖擊，主要用于無損檢測和XRD。其他由陶瓷制成的小型 X 射線管也用于手持式 X 射線熒光分析儀和軟 X 射線電離管。

端窗 X 射線管（XRF 用 X 射線管）

端窗X射線管是鈹窗位于X射線管端面的X射線管。由于產(chǎn)生 X 射線的陽極位于鈹窗口的末端附近，因此可以縮短與分析樣品的距離，并且可以發(fā)射更多的 X 射線。X射線管的電源是陰極接地的高壓電源，管電壓從50 kV到80 kV，功率從50 W到4 kW。

X射線衍射儀用X射線管(XRD X-ray Tubes)

用于 XRD 的 X 射線管是用于 X 射線衍射儀 (XRD) 的 X 射線管，其設(shè)計易于互換，因為根據(jù)分析目標(biāo)使用不同的目標(biāo)材料。XRD用X射線管由多家公司銷售，互換性強，可供不同制造商使用。但是，需要注意的是有兩種類型：短陽極和長陽極。市場上還有玻璃和陶瓷管類型。電壓最高可達60kV，但X射線管功率較大，從1kW到4kW不等，需要水冷冷卻。用于 XRD 的 X 射線管為陽極接地型。

微焦點 X 射線管

微焦點X射線管是一種X射線發(fā)射面積很小的X射線管，從幾微米到幾十微米不等。在微焦點 X 射線管中，燈絲產(chǎn)生的電子會聚并撞擊陽極（靶）以產(chǎn)生 X 射線。產(chǎn)生 X 射線的區(qū)域稱為焦點，通過將焦點縮小到微米級，即使放大 X 射線圖像也可以獲得清晰且?guī)缀鯖]有模糊的 X 射線圖像。為此，微焦點X射線管被用于對具有精細結(jié)構(gòu)的電子器件進行無損檢測。
微聚焦 X 射線管需要多個電極以及用于加速的高壓電源以聚焦電子。使用90kV至150kV的加速電壓。微焦點X射線管有兩種類型：開放式X射線管和密封式微焦點X射線管。

開放式 X 射線管（透射靶 X 射線管和反射靶 X 射線管）

開放式 X 射線管是一種可更換燈絲和靶材的 X 射線管，用真空泵將 X 射線管內(nèi)部抽真空以產(chǎn)生真空。大多數(shù)開放式 X 射線管具有微焦點或納米焦點大小的焦徑，這使得它們即使在放大時也能以最小的模糊程度捕獲小部件的圖像。開放式X射線管有兩種類型：透射靶型和反射靶型。反射靶型使用電子入射側(cè)產(chǎn)生的 X 射線，就像普通的 X 射線管一樣。另一方面，透射靶型開放式微焦點X射線管使用靶材料，例如沉積在鈹窗或金剛石窗上的鎢。當(dāng)電子入射到鎢靶上時，X 射線會在 360 度的所有方向上發(fā)射。在反射式 X 射線管中，由于靶材較厚，因此在靶材背面發(fā)射的 X 射線非常小。在透射靶X射線管中，鎢靶很薄，基材（窗口材料）是鈹或金剛石，所以很多X射線從背面發(fā)射。透射靶型微焦點X射線管利用這些X射線。使用透射靶，X 射線焦點（X 射線發(fā)生點）和樣品之間的距離可以做得很短，從而實現(xiàn)大放大倍率。然而，由于靶材的熱容量，不能增加靶材電流。開放式 X 射線管是市售的，加速電壓范圍為 100 kV 至 300 kV。在透射靶X射線管中，鎢靶很薄，基材（窗口材料）是鈹或金剛石，所以很多X射線從背面發(fā)射。透射靶型微焦點X射線管利用這些X射線。使用透射靶，X 射線焦點（X 射線發(fā)生點）和樣品之間的距離可以做得很短，從而實現(xiàn)大放大倍率。然而，由于靶材的熱容量，不能增加靶材電流。開放式 X 射線管是市售的，加速電壓范圍為 100 kV 至 300 kV。在透射靶X射線管中，鎢靶很薄，基材（窗口材料）是鈹或金剛石，所以很多X射線從背面發(fā)射。透射靶型微焦點X射線管利用這些X射線。使用透射靶，X 射線焦點（X 射線發(fā)生點）和樣品之間的距離可以做得很短，從而實現(xiàn)大放大倍率。然而，由于靶材的熱容量，不能增加靶材電流。開放式 X 射線管是市售的，加速電壓范圍為 100 kV 至 300 kV。使用透射靶，X 射線焦點（X 射線發(fā)生點）和樣品之間的距離可以做得很短，從而實現(xiàn)大放大倍率。然而，由于靶材的熱容量，不能增加靶材電流。開放式 X 射線管是市售的，加速電壓范圍為 100 kV 至 300 kV。使用透射靶，X 射線焦點（X 射線發(fā)生點）和樣品之間的距離可以做得很短，從而實現(xiàn)大放大倍率。然而，由于靶材的熱容量，不能增加靶材電流。開放式 X 射線管是市售的，加速電壓范圍為 100 kV 至 300 kV。

三種高壓電路

陽極接地連接

陽極接地是一種簡單的散熱方式，因為產(chǎn)生大量熱量的 X 射線管的陽極可以接地。至于電源，負(fù)輸出的高壓電源連接到陰極側(cè)，但也需要用于浮動在該電位之上的燈絲的電源。此連接方式適用于 XRD 用 X 射線管、開放式微焦點 X 射線管、陶瓷 X 射線管等。

陽極接地連接

陰極接地連接

在陰極-地連接中，X射線管的一根燈絲連接到地電位，正輸出高壓電源連接到陽極側(cè)。X射線管電流由燈絲的功率控制。這種連接方式適用于密封的微焦點X射線管和端窗式XRF X射線管。對于大功率 XRF X 射線管，使用純水進行水冷來冷卻陽極。

陰極接地連接

雙極連接

在雙極連接中，負(fù)輸出高壓電源連接到X射線管的陰極，正輸出高壓電源連接到陽極。當(dāng)需要增加 X 射線的加速電壓（管電壓）時使用此連接。例如，如果需要320kV的管電壓，則將-160kV高壓電源連接到陰極側(cè)，將+160kV電源連接到陽極側(cè)。

雙極接地

威思曼擁有一系列可用于X射線管的電源。示例：XRN; XRD; XRA; XRW;

應(yīng)用領(lǐng)域：X射線熒光儀、X射線點料機、X射線液位測量、X射線液位檢測、測厚儀、古董鑒定、鋁帶測厚、鋁板測厚、紙張、薄膜、鋁箔厚度的測量，在線元素分析、X射線透視、粒度檢測、密度測量、紙張成份檢測、在線流程控制、ROHS檢測、測厚、印刷電路板的檢查系統(tǒng)、X射線熒光分析、放射線照相領(lǐng)域、X射線成像、多層PCB對位，粒度檢測、密度測量、流程控制、X射線光譜學(xué)，焊接頭、導(dǎo)線頭檢測等。

審核編輯 黃宇