Nghiên ứu hế tạo máy đo đa hứ năng dùng kiểm định á máy x quang

Việc kiểm tra, bảo dưỡng để đảm bảo chất lượng cho các máy phát tia X là thiết thực và hết sức cần thiết, nhằm đảm bảo an toàn cho người vận hành, cũng như ă t ng cường độ chính c xátron

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGÀNH : VẬT LÝ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY ĐO

ĐA CHỨC NĂNG DÙNG KIỂM ĐỊNH CÁC MÁY X QUANG

LÊ VĂN MIỄN

HÀ NỘI - 2006

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131678531000000

MỤC LỤC

LỜI CẢM Ơ N

DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 : NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT TIA X DÙNG TRONG Y TẾ 11

1.1 Cơ sỏ lý thuyết 11

1.1.1 Tia X 11

1.1.2 Tính chất vật lý của tia X 11

1.2 Sự phát xạ tia X 12

1.2.1 Cơ chế phát xạ tia X 12

1.2.2Cơ chế phát bức xạ hãm 13

1.2.3 Cơ chế phát tia X đặc trưng 15

1.3 Máy phát tia X 17

1.3.1 Nguồn phát tia X 17

1.3.2 Ống phóng tia X 17

1.3.2.1 Catốt 19

1.3.2.2 Nguyên lý hội tụ dòng 20

1.3.2.3 Anot 20

1.3.2.4 Hiệu ứng lệch 22

1.3.3 Nguồn điện cung cấp 24

1.3.3.1 Biến thế điện áp cao áp 25

1.3.3.2 Biến thế tự ngẫu 25

1.3.3.3 Biến thế cao áp đơn pha 26

1.3.3.4 Biến thế cao áp ba pha 29

1.3.4 Bộ điều khiển dòng phát 30

1.3.5 Bộ điều khiển thời gian phát xạ 31

1.3.6 Bộ phận làm nóng và làm nguội ống tia X 32

1.3.7 Điểm hội tụ 33

1.3.8 Bộ lọc chùm tia X 34

1.3.8.1 Lọc sẵn có 35

1.3.8.2Lọc bổ sung 36

CHƯƠNG 2 : SỬ DỤNG PHOTODIODE GHI NHẬN BỨC X Ạ TIA X 37

2.1 Nguyên lý hoạt động của photodiode 37

2.1.1 Cấu tạo 37

2.1.2 Nguyên lý hoạt động 37

2.1.3 Chế độ hoạt động 40

2.1.3.1 Chế độ quang dẫn: 40

2.1.3.2 Chế độ quang thế: 42

2.2 Photodiode BPW34 45

2.3 Kết quả khảo sát 46

2.3.1 Kết quả khảo sát tại phòng thí nghiệm Điện tử Hạt nhân Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân 48

2.3.1.1 Bố trí hệ đo trong phòng thí nghiệm 48

2.3.1.2 Khảo sát dòng phát 49

2.3.1.3 Khảo sát cao áp (HV) 60

2.3.2 Kết quả đo tại Khoa X quang bệnh viện U Bướu Trung Ương 67

2.3.2.1 Bố trí hệ đo 67

2.3.2.2 Khảo sát cao áp (HV) 67

2.3.2.3 Khảo sát dòng phát 71

4.2.4 Khảo sát thời gian 74

CHƯƠNG 3 : ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY ĐO ĐA CHỨC NĂNG DÙNG KIỂM ĐỊNH CÁC MÁY X QUANG 78

3.1 Nguyên lý đo của máy đo đa chức năng 78

3.1.1Đo cao áp 79

3.1.2 Đo dòng phát (mA) 79

3.3.4 Đo thời gian 80

3.2 Sơ đồ khối của máy đo đa chức năng 80

3.1.1 Phiến lọc 81

3.1.2 Đầu dò (photodiode) 81

3.1.3 Mạch tiền khuếch đại (TKĐ) 82

3.1.4 Bộ lấy mẫu và giữ mức 83

3.1.5 Mạch tạo xung đo thời gian 84

3.1.6 Phần xử lý và hiển thị kết quả 85

KẾT LUẬN 86 PHỤ Ụ L C

DANH M ỤC CÁ C H ÌNH

Hình 1.1: Phổ bức xạ hãm 12

Hình 1.2: Phổ bức xạ đặc trưng 13

Hình 1.3 Quá trình làm chậm electron 14

Hình 1.4 Quá trình hình thành lỗ và tạo ra tia X 16

Hình 1.5: Ống phóng tia X 18

Hình 1.6: Anốt xoay 22

Hình 1.7: Hiệu ứng lệch 23

Hình 1.8: Nguồn điện cung cấp 24

Hình 1.9: Biến thế cao áp tự động 26

Hình 1.10: Chỉnh lưu cả sóng 26

Hình 1.11 Dạng sóng chỉnh lưu 27

Hình 1.12 Sự phụ thuộc cường độ tia vào điện áp 28

Hình 1.13 Nguồn cung cấp ba pha dạng 6 xung và 12 xung 29

Hình 1.14 Ảnh hưởng lọc của năng lượng và cường độ tia X 36

Hình 2.1: Chuyển tiếp P N và hàng rào thế- 37

Hình 2.2: Hiệu ứng quang điện trong vùng nghèo lớp chuyển tiếp P-N 39

Hình 2.3 sơ đồ nguyên lý chế độ quang dẫn 40

Hình 2.4 Sơ đồ cơ sở mạch đo dòng ngược trong chế độ quang dẫn 41

Hình 2.5 Sơ đồ mạch đo dòng ngược trong chế độ quang dẫn 42

Hình 2.6 Sơ đồ chế độ quang áp của photođiode tuyến tính 44

Hình 2.7 Sơ đồ chế độ quang áp của photođiode logarit 44

Hình 2.8: Sơ đồ khối mạch khảo sát tia X đã thiết kế 47

Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý của mạch khảo sát đã thiết kế 48

Hình 2.10: Sơ đồ bố trí hệ đo trong phòng thí nghiệm 49

Hình 2.11: Sự phụ thuộc thế lối ra U1 và dòng phát (HV=30kV d=7cm) 51 Hình 2.12: Sự phụ thuộc thế lối ra U2 và dòng phát (HV=30kV,d=7cm) 51 Hình 2.13: Sự phụ thuộc dòng phát và thế lối ra U1(d=3.5cm) 52

Hình 2.14 Sự phụ thuộc dòng và thế lối ra U2( HV=30kV d=3.5cm) 53

Hình 2.15 Sự phụ thuộc dòng phát và thế lối raU2( HV=25kV,d=3.5cm) 56 Hình 2.16 Sự phụ thuộc dòng và thế lối ra U1( HV=15kV, d=3.5cm) 58

Hình 2.17: Sự phụ thuộc dòng và thế lối ra U1( HV=15kVd=3.5cm) 59

Hình 2.18 Sự phụ thuộc cao áp và log(U1/U2)(I =100µA, d=7cm) 61

Hình 2.19 Sự phụ thuộc cao áp và log(U1/U2)(I =50µA, d=3.5cm) 62

Hình 2.20 Sự phụ thuộc cao áp và log(U1/U2)(I =70µA, d=3.5cm) 63

Hình 2.21 Sự phụ thuộc cao áp và log(U1/U2)(I =90µA, d=3.5cm) 66

Hình 2.22 Sơ đồ bố trí hệ đo 67

Hình 2.23 Sự phụ thuộc cao áp và log(U1/U2)(I =200mA, d=65cm) 68

Hình 2.24 Sự phụ thuộc cao áp và log(U1/U2)(I =100mA, d=65cm) 69

Hình 2.25 Sự phụ thuộc cao áp và log(U1/U2)(I =100mA,d=65cm) 71

Hình 2.26: Sự phụ thuộc dòng vào thế lôi ra U1(I =70mA, d=65cm) 72

Hình 2.27 Sự phụ thuộc dòng vào thế lôi ra U2(HV=70kV, d=65cm) 73

Hình 2.28 Thời gian t = 400ms 75

Hình 2.29: Đo kiểm tra thời gian bằng máy đo thiết kế và máy đo chuẩn

Victoreen Model 4000M+ 76

Hình 2.30:Thời gian mạch kh sát ảo thiết kế và máy chuẩn Victoreen Model 4000M+ 77

Hình 3.1 Sơ đồ khối máy đo dùng kiểm định các máy phát tia X 80

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý mạch tiền khuếch đại và khuếch đại 82

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch lấy mẫu giữ mức điện áp 83

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung đo thời gian 84

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Các thông số giới hạn của photodiode BPW34 46Bảng 2.2: Các thông số đặc tính điện của photodiode BPW34 46Bảng 2.3: Sự phụ thuộc dòng và thế lối ra U1&U2(HV=30kV,d=7cm) 50Bảng 2.4: Sự phụ thuộc dòng và thế lối raU1&U2 (HV=30kV,d=3.5cm) 53Bảng 2.5: Kết quả đo kiểm tra dòng phát tia X( HV=30kV d=3.5cm) 54Bảng 2.6 : Kết quả đo kiểm tra dòng phát tia X( HV=30kV d=3.5cm) 55Bảng 2.7: Sự phụ thuộc dòng và thế lối ra U1&U2 (HV=25kV,d=3.5cm) 55Bảng 2.8: Kết quả đo kiểm tra dòng phát tia X (HV=25kV,d=3.5cm) 57Bảng 2.9: Sự phụ thuộc dòng và thế lối ra U1&U2(HV=15kV,d=3.5cm) 57Bảng 2.10: Kết quả đo kiểm tra dòng phát tia X( HV=15kV d=3.5cm) 58Bảng 2.11: Kết quả đo kiểm tra dòng phát tia X( HV=15kV d=3.5cm) 60Bảng 2.12: Sự phụ thuộc cao áp và thế lối ra U1&U2(I=100µA,d=7cm) 60Bảng 2.13: Kết quả đo kiểm tra cao áp (Dòng I=100µA,d=7cm) 61Bảng 2.14: Sự phụ thuộc cao áp và thế lối ra U1&U2 (I=50μA,d=3.5cm) 62Bảng 2.15: Kết quả kiểm tra cao áp máy phát tia X (I=50μA,d=3.5cm) 63Hình 2.20: Sự phụ thuộc cao áp và log(U1/U2)(I =70µA, d=3.5cm) 63Bảng 2.16: Sự phụ thuộc cao áp và thế lối ra U1&U2 (I=70μA,d=3.5cm) 64Bảng 2.17: Kết quả kiểm tra cao áp máy phát tia X (I=70μA,d=3.5cm) 65

Bảng 2.18: Sự phụ thuộc cao áp và thế lối raU1&U2(I=90μA,d=3.5cm) 65Bảng 2.19: Kết quả kiểm tra cao áp máy phát tia X (I=90μA,d=3.5cm) 66Bảng 2.20: Sự phụ thuộc cao áp và thế lối raU1&U2(I=200μA,d=65cm) 68Bảng 2.21: Sự phụ thuộc cao áp và thế lối raU1&U2(I=100mA d=65cm) 69Bảng 2.22 I=100mA d=65cm phiến lọc 1mm và 0.5mm Cu 70Bảng 2.24: Kết quả đo kiểm tra cao áp máy phát (HV =70kV, d=65cm) 73Bảng 2.25 Kết quả đo kiểm tra cao áp máy phát (HV=70kV, d=65cm) 74Bảng 2.26: Kết quá nghi nhận thời gian trên ocsilloscope 76

MỞ ĐẦUHiện nay ở nước ta có hàng nghìn máy phát tia X, hoạt động trong nhiều lĩnh vực khác nhau, c biệt đặ trong y tế và trong công nghiệp Các máy phát tia

X rất đa dạng, bao gồm nhiều chủng loại Việc kiểm tra, bảo dưỡng để đảm bảo chất lượng cho các máy phát tia X là thiết thực và hết sức cần thiết, nhằm đảm bảo an toàn cho người vận hành, cũng như ă t ng cường độ chính c xátrong chẩn đoán

Thực tế cho thấy, việc chiếu, chụp ảnh X-quang chẩn đoán bệnh trong ngành Y tế và trong công nghiệp ở nước ta chưa bảo đảm yêu cầu về chuẩn

đoán ặc thù tác hại, luôn đi kèm theo khi thực hiện kỹ thuật này chưa được Đnhìn nhận và xem xét một cách thận trọng Điều này dẫn đến những hậu quả hết sức tai hại, gây ảnh hưởng xấu cho sức khỏe, cho cuộc sống, thậm chí gây

ra những rủi ro, nguy hiểm cho các bệnh nhân phải chiếu chụp để được chẩn đoán bệnh Điều này có nghĩa là việc chiếu, chụp X quang chẩn đoán bệnh -trong Y tế và trong công nghiệp phải được kiểm soát, kiểm tra định kỳ, được quản lý nghiêm ngặt Khi thực hành chiếu, chụp phải bảo đảm tuân thủ đúng theo những quy định về tiêu chuẩn an toàn, các đặc trưng thông số kỹ thuật trong phương pháp

Nhằm bảo đảm lợi ích thiết thực đối với người bệnh, đối với môi trường sống tự nhiên của con người, việc kiểm tra các máy ph tia X thường đòi hỏi át phép đo định kỳ nửa năm các thông số vật lý của m áy

Để việc kiểm tra định kỳ bảo đảm được độ tin cậy và phù hợp với các yêu cầu đã quy định, các thiết bị đo và kiểm định phải có chất lượng tốt, độ chính xác cao Hiện nay ở Việt Nam các thiết bị kiểm định đều phải nhập ngoại(ph biổ ế ừn t Mỹ), rất đắt tiền Các hãng cung cấp thiết ị giữ bản b quyền v ề

công nghệ, khiến cho các ỹ thuật vi n sử ụng kh can thiệp khi cần thiết, k ê d ó

nên việc bảo trì và sửa chữa hết sức khó khăn, thường phải nhờ trực tiếpchuyên gia nước ngoài

Hiện tại, nhu cầu ề thiết ị đo kiểm tra máy phát tia X tại Việt Nam rất v b

lớn Việc nghiên cứu và thiết kế máy đo đa chức năng kiểm định các máy phát tia X là rất thiết thực và cần thiết, nhằm hạn chế nh ngo cũng như ập ạithuận tiện cho việc bảo trì và sửa chữa, mang lại t ính chủ động mà vẫn có thể đáp ứng được những ti u chuẩn ki định ch lượng, góp phê ểm ất ần phổ bi ến

rộng r ãi việc kiểm định cho c c cơ ởá s X quang trong c nước ả

Ch ương 1 : NGUY N L HOẠT Ê Ý ĐỘNG ỦA MÁY PHÁT C

1.1 Cơ sỏ lý thuyết

1.1.1 Tia X

Tia X được phát minh 1895 khi bắn chùm electron vào lá kim loại úc L

đầu, vì chưa bi rõ b ch của tia bức x nết ản ất ạ ày nên người ta gọi nó là tia X

Tia X thực chất là sóng đ ện từ i có bước sóng ngắn ừ 0.01A t 0 đến 10A0

C ác tia X có bước sóng ngắn ơn 1A h 0 g là ọi tia X cứng, v ài ơn 1Aà d h 0 g là ọi

tia X mềm, n ng lượng của ă tia X tính theo bước óng nh s ư sau

E =12,λ398 (1.1)

Trong đó: E đo bằng keV

λ đo bằng A0

1.1.2 Tính chất vật lý của tia X

Bản chất của tia X là sóng điện từ có bước sóng nằm trong dải từ 0,01A0 ÷

10A0 (1A0 =10-10m), truyền đi theo đường thẳng trong không khí với vận tốc

khoảng 3.10 8m/s Cường độ tia X suy giảm theo bình phương khoảng cách

Tia X không mang điện nên không bị lệch trong điện trường và từ trường.Tia

X có hiện tượng khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ và phân cực tương tự như ánh

sáng Tia X l àm ion ho một số chất làm phát ra ánh sáng có bước sóng lớn á

hơn bước sóng tia X, tuỳ thuộc vào chất bị chiếu xạ, hiện tượng này có thể là

lân quang hay huỳnh quang

Tia X có khả ăng đâm xuy n, có tác dụng ion hoá, nhờ đó mà ta ứng dụng n êtrong y tế chụp hình X quang của các bộ phận cơ thể.

1.2 Sự phát xạ tia X

1.2.1 Cơ chế phát xạ tia X

Tia X được sinh ra do chùm electron được gia tốc ởi i b đ ện trường mạnh,

nê ó n c động ăng rất ớn, tr n đường đi chúng đập ào bia bị ãm ại đột ngột n l ê v h l

độ

• Phần thứ hai c ước óng gián đ ạn n gọi quang phổ ạch hay ó b s o nê là v

Khi các hạt mang đ ện được i gia tốc hoặc làm chậm đều phát ra bức ạ đ ện x i

từ Khi c c hạt mang đ ện ương tác ới nguy n tửá i t v ê và b h ị ãm đột ngột ẽ phát s

ra bức x g là b x hạ ọi ức ạ ãm.Trong qu trình bị hãm đột ngột thì động ăng á n

của electron một phần nhỏ đã được giải phóng ưới ạng tia X Khi c c d d áelectron đập v ào bia, tốc độ ủa úng c ch thay đổi êli n tục trong trường Culông

c cáủa c nguy n tử bia Năng lượng ủa electron bị ất ần, do đó c tia X ê c m d cá

phát ra có bước sóng thay đổi liên tục trong một giải rộng Quá trình ương tác t

và phát tia X được mô t ảtrong (Hình 1.3)

Chùm electron được gia tốc có động ă n ng cực đại là

độ

T ừ đó, có:

( )

398

Bức xạ ãm ại h l có năng lượng ươ t ng ứng với động ă n ng của c hạt tới, cá

mà động năng của hạt ới ại phụ thuộc vào điện thế gia tốc N t l ên sự thay đổi

điện th gia t c s quyết định ph n ng lượng hay bước sóng của bứa x hế ố ẽ ổ ă ạ ãm

1.2.3 Cơ chế phát tia X đặc trưng

các đỉnh quan sát được trên phổ phụ thuộc ào ừng loại bia hãm Do đó, phổ v t

v c ạch ủatia X còn ọi phổ tia X đặc trưng v ăng lượng ủa nó đặc trưng g là ì n ccho từng nguyê ố n t (Hình 1.2)

Muốn t ạo ra c c tia X đặc trưng th ăng lượng c cáá ì n ủa c eletron tới phải

bằng hoặc ớn ơn năng lượng li n kết (ф) của electron trong nguy n tử bia l h ê êTia X đặc trưng sinh ra là k ết quả của á qu trình ịc d h chuyển trạng thái ủa c electron trong nguy n tê ử Sự dịch chuyển xảy ra khi vành iđ ện t bêử n trong

xu hiất ện lỗ trống và trong khoảng thời gian rất ắn, cỡ ng 10-15 â ó gi y c 1 electron từ vành ngo nhảy v ài ào thế ỗ Trong qu trình dch á ịch chuyển n , ày

hiệu năng lượng êli n kết của electron ở hai quỹ đạo được ải óng d gi ph ưới

dạng sóng đ ện ừ, đó chính tia X đặc trưng (hình 1.4 i t là )

Muốn t ạora lỗ trống ần phải ích th ch các nguy n tử bia Khi nguy n tử c k í ê ê

b k ị ích thích, một electron sẽ ứt ra khỏi quỹ đạo b và l để ại một lỗ trống Mộtelectron ở vành K bị ứt ra khỏi quỹ đạo có n b ăng lượng là:

Epe = E − φk (1.5)

N ếuelectron ở vành L nhảy v lấp ỗ trào ch ống vở ành K th ăng lượng d ì n ư

Hình 1.4 Quá trình hình thành lỗ và tạo ra tia X

Quá trình ịch chuyển cũng d có x thể ảy ra giữa vành K với các vành cao

hơn như ành M, N v

Một số trường ợp h , khi tia X đặc trưng bay ra l ại đập vào electron vànhngoài và bứt electron đó ra khỏi trạng thái li ên kết Electron này được ọi g là electron Aug , khi đó xuất er hiện một lỗ trống m và lới ại diễn ra quá trình dịch chuyển của electron và tiếp ục sinh ra các tia X đặc trưng Tuy nhiê t n, quá trình chuyển ịch electron v phát tia X đặc ưng phải â d à tr tu n theo một số quy luật nhất định

M L K ae

E = φ − φ − φ

L K x

E = φ − φ

1.3 Máy phát tia X

Hiện nay máy phát tia X nhiề chủng loại khác nhau, c máy tia X đềucó u cá

phụ thuộc v ào nguồn cung cấp cao áp, nguồn cung cấp đơn pha ặc ba pha ho

Một máy phát tia X ơ ả bao gồm c bộ phận sau : c b n cá

1.3.1 Nguồn phát tia X

Thiết b ịphát tia X bao gồm:

• Nguồn phát đ ện ử: L một sợi y được đốt óng i t à dâ n

• Cao thế để định hướng và gia tốc các i n t đ ệ ử

• Bia để i t b vđ ện ử ắn ào: Thường được àm ằng kim loại ặng l b n

T c ất ả được đặt trong một ống phóng tia X

1.3.2 Ống phóng tia X

Ống phóng bao gồm một vỏ thuỷ tinh, b n trong l ch n kh ng c áp suấtê à â ô ó khoảng 10-6 mmHg đến 10-8 mmHg, c hai đ ện cực Catốtó i và Anốt Catốtđóng vai trò là ngu phátồn điện tử Electron tự do được sinh ra từ Catốt v gia à tốc về Anốt bằng ện iđ áp giữa Catốt và Anốt Các elect on t độ cao b vào r ốc ắnAnốt và b h ị ãm đột ngột giải phóng ra các photon tia X (Hình 1.5)

Hai điện c c ực ủa ống phóng tia X cần phải h k àn ín trong một ống ân ch

không Nếu ch n kh ng kh â ô ông tốt thì b k ất ỳ chất í n kh àotrong ống cũng s ẽva

chạm l cản cáàm trở c electron trên đường t ng tă ốc t ừCatốt v ề Anốt

Ống phóng tia X hiện nay còn được gọi ph ổ biến ngu n (e- là ồ X) v tia X ì được sinh ra khi bắn chùm electron vào bia kim loại

Như đã đề cập êở tr n, ph tia X gồm hai phần: phổ bức x h và ổ ạ ãm phổ tia

X đặc trưng Năng lượng cực đại ủa phổ ức x h c c b ạ ãm ủa ống phóng tia X

được t t côính ừ ng th ức Duane Hunt v kh ng thể- à ô lớn hơn động ăng của nelectron bắn v ào bia trong ống phóng tia X

h = hc = eV

0

λ

υ (1.7)

Cường độ t âích ph n của ức ạ ãm được ính theo biểu thức thực nghiệm b x h t

c ủaUlrey như sau

I =kZV2 (1.8)

Hình 1.5: Ống phóng tia X

Trong đó : V l đ ện thế gia tốc à i electr on

Z là nguy n tử ủa ạt nh n bia ê c h â

k là hằng ố s có êli n hệ ới ường độ dòng của electr v c on trong ống phóng tia X

Cửa sổ phát tia

Sợi

Thực chất ống ph ng tia X l ó à m b ột ộchuyển đổi ăng lượng i n đ ện Nó nhậnđược năng lượng iđ ện và chuy đổi ển thành 2 dạng năng lượng khác, đó là tia

X và nhiệt Nhiệt là s ản phẩm kh ng mong muốn ê ô , n n ống tia X được thiết ế k sao cho việc phát tia X là tối đa v tià êu t n nhi nhanh nhá ệt ất

Để việc phát tia X c hi ó ệu quả cao và ứng dụng tốt trong kỹ thuật ụp ch chiếu, người ta cần qua t âm đến ự ội ụ òng s h t d và hiệu ứng ệch ủa chùm tia l c

X được phát ra từ ống phóng tia X

1.3.2.1 Catốt

C âực m của ống tia X gọi Catốt Catốt c hai thành phần là ó :

- S ợi nung: nguồn phát electron Slà ợi nung được cung cấp nguồn

điện áp (trung bình khoảng 10V) v òng (khoảng 3 tới à d 5 A) làm

nóng ác ợi nung để phát ra electron c s

- Một cốc ội ụ ằng h t b kim loại

Những ống tia X hiện đại có có c sthể ác ợi nung đơn hay đôi Mỗi sợi nung bao gồm một sợi dây xoắn ốc bằng Vonfram và chúng được ắn g liền ề k nhau, cái sa ài hơ ái trước Chỉ có một sợi nung được s du d n c ử ụng cho phát

x b kạ ất ỳ, sợi nung lớn ơn thường được ử ụng cho nh g b h s d ữn ức ạ ớn ơ x l h n.Khi dòng điện chạ qua dây Vonfram, sợi dây b ị nung nóng Electron y trong s nung b ra khợi ứt ỏi quỹ đạo của chúng t nên ạo một đám mây nhỏ xung quanh s nung Khi nhiợi ệt độ tăng lên, electron được gi phóng nhiải ều hơ à n v

dòng electron qua ống tia X (mA) tăng l n.ê

Dòng electron chạ trong ống tia X theo một chiều (lu n từ catốt tới anốt) y ô

Do tác dụng ủa đ ệ c i n trường tăng tốc và s lố ượng lớn electron, n n chùmêelectron n có ày xu hướng trải , khôra ng tập trung gây n n sê ự bắn á trong ph

một khu vực rộng êtr n anot của ốngtia X Đ ều n i ày được khắc ph bục ằng một

c ấutrúc ọi g là c ốc chụp hội ụ t catốt

1.3.2.2 Nguyên lý hội tụ dòng

Đ ểi m hội t là khu vực b bắn á êụ ị ph tr n anốt Phần lớn n ng lượng của ă

chùm electron t ừ catốt đượcchuyển th h nhiệt, chỉ có một phần àn nhỏ ơn 1% hchuyển đổi thành tia X Khu vực đ ểm ội t s i h ụ ẽ chịu nhiệt lượng ất ớn r l nên

r d b á ất ễ ị ph huỷ Nếu khu vực đ ểm ội ụ ớn, th khả ăng chịu nhiệt ốt i h t l ì n t

hơn Song, đ ểm ội ụ nhỏ ở ức cho phép th ết quả ph n giải ẽ ốt đốii h t m ì k â s t

v ới những chi tiết nhỏ đối ượng được chiếu tia X Vấn đề ày được giải là t n quyết bằng nguyên lý hội t dụ òng Nguyên lý hội t dụ òng là s dử ụng m t cộ ốc

h t t ội ụ để ập trung chùm electron khi đi qua Kích thước và hình dáng ủa c

điểm hội t được quyết định bằng k ụ ích thước và hình dáng ủa dòng electron ckhi nó b v ắn ào anot Kích thước và hình dáng ủa òng electron được quyết c dđịnh bởi kích thước của ộn dây sợi nung (Vonfram), vị trí của sợi nung đặt cutrong cốc hội tụ

Khi chùm electron bắn phá vào anốt, bề mặt anốt được bố trí nghiêng tạo nên một góc của mặt trực giao với dòng tới Góc này có thể thay đổi từ 60 tới

200

1.3.2.3 Anot

Anốt hay còn ọi là g bia, là cực dương của ống tia X Anốt c 2 lo : anó ại ốt

t ĩnhhoặc anốt xoay

• Anot tĩnh

Anốt tĩnh chứa một đĩa Vonfram nhỏ, có chiều ày khoảng 2 hoặc 3 mm d được gắn trong một đĩa bằng đồng l hơn Vonfram ớn được ựa l chọn làm vật

liệu cho Anốt v một sốì lí do Vonfram c ố nguy n tử ó s ê khối lớn, n n hữuê

hiệu cho việc s ản sinh tia X Hơn n , nhiữa ệt độ nóng chảy ủa nó r c ất cao (33700C) Vonfram là vật liệu ốt t cho việc h ấp thụ nhiệt và toả nhi nhanh ệtchóng ra khỏi b mề ặt

ĐĩaVonfram nhỏ được gắn v ào đĩa đồng l hơn của anốt nhớn ằm mục đích tiêu tán nhiệt nhanh hơn

Một sốmáy phát tia X ùng cho chẩn o d đ án hay chụp răng thường s dụng ửốngtia X có anốt c địnhố

• Anot xoay

Máy phát tia X công suất cao thường bị hạn ch vì nhiệt lế ượng ạo t nên ở

anốt Nguyê ý n l anốt xoay được s dụng để sản xuất ử ống tia X khả ăng có nchịu nhiệt t ốt

Anốt xoay bao gồm một đĩa l làớn m bằng Vonfram, hoặc một hợp kim của Vonfram Đĩa n s ày ẽ xoay với vận tốc 3000 vòng /ph khi phát x út ạ đượcthực

hiện Mục đích ủa ệc xoay anot là để â c vi ph n tán nhiệt làm ảm ệt cục b gi nhi ộtrên anot

Anốt hình đĩa quay quanh một trục qua t m của ống Sợi nung được s â ắp

đặt để hướng chùm electron ới mặt t nghi ng của đĩa Vonfram Do vậy v í ê ị tr

điểm hội t vẫn gi ôụ ữ kh ng đổi trong khi đĩa an t quay nhanh suốt á ố qu trình

phát xạ, nhằm tạo được một bề mặt nguội hơ để ận n nh chùm electron hình 1.7

Hình 1.6: Anốt xoay

Tuổi thọ của ống tia X c An xoay thườngó ốt bị hạn chế b quá trình chịu ởinhiệt Nhiệtgây n n rỗ bề mặt Anốt dẫn đ ê ếnlàm giảm hi u suất phệ át tia X

Người ta đã khám ph ằng ợp kim 90% Vonfram và 10% Reni (một kim

loại nặng có khả ăng chịu n nhiệt ốt) sản xuất anốt t có khả ăng chống chọ n i

v ới việc rỗ ề ặt b m và chịu nhiệt ốt ơn anốt chỉ àm ằng Vonfram t h l b

Trục quay của Anốt được g ắn thường được l bàm ằng Molypden

Molypden có ư đu iểm bền chắc đ, iểm nóng chảy cao, kh n ng dẫn nhiệt k ả ă ém

nên hạn chế òng nhiệt ừ Anốt ới mô tơ d t t và vòng bi Nhiệt được truyền ải t

h h t d l ầu ết ới ầu àm nguội

1.3.2.4 Hiệu ứng lệch

M c ật độ ủachùm tia X giải ph ng l kh ng đồng nhất trong mọi phần ủa ó à ô c

chùm tia Cường độ của ùm phch ụ thuộc v g mà tào óc ại đó tia X được giải

phóng t iừ đ ểm hội tụ Sựthay đổi n t nêày ạo n hiệu ứng lệch

Hình 1.7: Hiệu ứng lệch

H ình 1.7 cho thấy ường độ ủa chùm tia về ph a Anốt ủa ống nhỏ ơn c c í c h

cường độ êxi n về phía Catốt Hiệu ứng ày n có thể được ử ụng để nhận được s d

cân bằng ề ật độ ảnh ủa c cơ thể v m c cá có dày độ khác nhau

Thực tế, tia X được phát ra c ường ôó c độ kh ng bằng nhau theo c c ướngá h

t và ừ bia tia X rải ác theo mọi hướng Chúng va chạm ới ác thành trong v r v c à quanh ống Vỏ ống giúp h ấp thụ ác tia X sơ ấp c c và thứ ấp sinh ra quanh c ống đồn, g thời có ch nức ăng che chắn cao áp

Không gian giữa vỏ che chắn và bìa kính được l ấp đầy ằng ầu ỏ ịn b d m m

có cđộ ách đ ện i và t l đặc ính àm nguội ất ốt Nhiệt độ chuyển ải ằng ức ạ r t t b b x nhiệt t d s ới ầu ẽ được ỏ ống ằng v b kim loại ấp thụ h và tan vào ôkh ng kh Khi í

d ầutrong vỏ ống ị àm óng, n ẽ ở ra Một ống kim loại trong phần chắn b l n ó s n ống s ẽ cho phép ầu n d ở ra m khà ông gâ áp lực lên ống và vật ắny ch , do vậy

tránh được ự s á ph huỷ Hơn nữa, ống kim loại b ịgiãn ở n có thể được ết k thi ế

v hận ành ột vi chuyển ạch, vi chuyển ạch này ẽ ự đ m m m s t ộng ngăn chặn việc

giãn n ở tiếp khi dầu đã b l nị àm óng tới mức c ực đại

Cường

độ

1.3.3 Nguồn điện cung cấp

Là một thiết ị b cung cấp nguồn đ ện cho ống tia X Nguồn đ ện cung cấp i i biến đổi năng lượng đầu v ào (220V, 50 Hz) để thoả ãn u cầu của ống tia m yêX.(Hình 1.9)

Ốngtia X đòi ỏi năng l h ượng iđ ện cho hai mụcđích:

(1) Để nung nóng s ợinung làm phát ra electron

(2) Để gia tốc nh g electrữn on n t ày ừ catot đến anot

Hình 1.8: Nguồn điện cung cấpThành phần quan trọng c ủa nguồn nu i l ô à m ột biến thế có tthể ăng được

điện lêáp n rất cao, và có th iều chỉnh được gọi là biến th iện áp cao ể đ ế đNgoài c có ra òn biến giảm iáp đ ện và b áp ộ chỉnh lưu để thay đổi òng xoay dchiều thành dòng điện một chiều để cung cấp cho c c mạch iá đ ện kh M ác ộtđặc ểm iđ quan trọng của m áy phát tia X là phụ thuộc nguồn cung cấp cao áp

N ếu nguồn cung cấp cao áp là đơn pha người ta gọi là m áy phát tia X đơn pha, ngu cung cồn ấpcao l ba pha gọi là m à áy phát tia X ba pha

1.3.3.1 Biến thế điện áp cao áp

Biến ithế đ ện cao trong phần l máp ớn áy tia X c ỉ ệ ăng ó t l t áp khoảng1000:1 Đầu ra của ững ến n s là nh bi thế ày ẽ 1000V (1kV) đối v mới ỗi vôn đầu vào

Đối ới v biến tthế ăng p, dòng đ (dòng electrá iện on) ở mạch s cơ ấp ph l ải ớn

hơn so với ạch thứ ấp Tỉ ệ ủa òng đ ện giống ỉ ệ đ ện áp, chỉ m c l c d i t l i có i đ ều

là ngược lạị òng đ ện ớn trong cuộn ơ ấp , d i l s c và dòng đ ện nhỏ rong cuộn i t

thứ cấp Đối với một biến ếth có t l ỉ ệ 1000:1, dòng chảy trong mạch s cấp ơphải là 1A (1000 mA) cho 1mA của dòng điện trong cuộn thứ ấp c

Biến ithế đ ện áp cao trong m áytia X c thể đượcó mô t bả ằng kh niệm là áimột thiết b ịchuy đổi ển vôn thành ilovol (kV) k và chuy đổi A thành mA ển1.3.3 .2 Biến thế tự ngẫu

Trong phần l ớn thiết bị tia X, cao áp lu ôn phải thay đổi để cung cấp cho ống phóng tia X á gi trị ù hợp Đ ềph i u này thường được thực hiện ằng b một

dạng biến thế minh hoạ trong hình 1.9, được ọ g i là biến t thế ự ẫung Bi ến thế

n có ày một công tắt ịch chuyển tr n cuộn y thứ ấp cho phép thay đổi ố d ê dâ c s

vòng d y hiệu ụng V đ ện áp đầu ra tỉ ệ ới số òng d y của cuộn ơ ấp, â d ì i l v v â s c

điện nà ó áp y c th ể thay đổi ằng c d b ách ịch chuyển công tắc H thống bi n ệ ế áp

điển h cình ủa thiết b tia X bao gồm một biến th t ngẫu cung cấp iện ị ế ự đ áp

biến đổi được l m đầu vào cho một biến thế ă ápà t ng điện ápcao

Điện áp cao, được tạo ra bởi biến th , đòi hỏi ế phải có sự c ách biệt tuyệt đối

nên biến thế đ ện áp cao được đặt trong một bể ầu ín i d k

Hình 1.9: Biến thế cao áp tự ngẫu

1.3.3.3 Biến thế cao p đơn pha á

Biến thế đơn pha sử ụn d g m pha của nguồn điện ột xoay chiều, dòng đ ện ixoay chiều đổi d i áấu đ ện p giữa catot và anot hai lần trong một chu kỳ Do

đó, suốt nửa chu k âm iện ỳ đ áp giữa an và cat đẩy electron đốt ốt i ngược lại

nên kh ng sinh được tia X Cần phảiô có một mạch để ấy đ ện l i áp trong nửachu kỳ âm, mô tả trong hình 1.11 á Qu trình này g là chỉnh lưu ọi

M ạch chỉnh ưu đ ển ình được ạo thành ừ một số chỉn ưu, mạch chỉnh l i h t t h l

lưu đơn giản l ùng diode cho phép electron chạy qua n theo một chiềuà d ó nhưng kh ng cho phô ép chi ều ngược ại l

 Chỉnh lưu nửa s g ón

M ạch chỉnh lưu nửa óng chỉ ử ụng ửa óng để ản sinh tia X hình s s d n s s 1.11b và nó có hai nhược đ ểm i :

Thứ nhất, một nửa chu kỳ đ ện áp kh ng được s d i ô ử ụng để sinh tia X, do

v ậythời gian phát ạ ần ài ấp 2 lần so với ử ụng ả chu kỳ x c d g s d c

có nêthể trở n nóng đến ức m có thể phát ra electron sinh ra d g trong nvà òn ửađối ủa c chu kỳ Electron c dòng n s ủa ày ẽ bắn phá trở lại phiến nung v làm à

M ạch chỉnh ư dạng này th ả hai nửa chu kỳ ủa đ ện áp xoay chiều l u ì c c i được s dử ụng để sinh ra tia X hình 1.11c, do vậy, tia X ở đầu ra trong một

đơn vị thời gian lớn gấp hai lần so với chỉnh l u nửa sóng ư

Trong cả hai dạng chỉnh l u, nửa sóngư và c sả óng, do tần s cố ủa i đ ện ápcung cấp thấp nên có s ự biến đổi lớn, như ậy ại ất ỳ thời đ ểm ào ổ v t b k i n ph

năng lượng tia X l khác nhau, n n cườnà ê g độ của ùch m tia X trong suốt một

n ửa chu kỳ, phần ớn tia X chỉ được ạo ra ở phần giữa của nửa chu kỳ ình l t h 1.12 Nhược i cđ ểm ủa m áy phát đơn pha là có tính nguyê ý cn l ủa át x ạphxung, một phầnđáng k cể ủa thời gian phát ạ ị ất khi đ x b m iện áp vùng giở ữa hai xung Phần l b x nớn ức ạ ăng lượng thấp ản s sinh trong quá trình điện áp

thấp n ày được ấp thụ ở h b ống, hoặc bởi bi ệnh â nh n

Hình 1.12 S ự phụ thuộc cường độ tia vào đ ện áp i

t

Điện áp

Cường độ tia X Biên độ

1.3.3.4 Biến thếcao áp ba pha

Biến thế cao áp ba pha sử dụng nguồn iđ ện xoay chiều ba pha Mạch ba pha có thể coi như ba mạch đơn pha được k h l Có ết ợp ại hai dạng áy phát m

s dử ụng ă n ng lượng đ ện ba pha i

-Dạngcung cấp áu xung trong một chu kỳ.(Hình 1.13) s

-Dạngcung cấp 12 xung trong một chu kỳ (Hinh 1.13)

Hình 1.13 Nguồn cung cấp ba pha dạng 6 xung và 12 xung

Tia X tạo bởi máy ph ba phaát hiệu suất cao ơ h n máy phát đơn pha thể hiện : ở

-Năng lượng và cường độ trung bình tia X của áy phát ba pha cao hơn so m

v m ới áy phát đơn pha

-Nhiệt ải tr n anot của áy phát ba pha l nhỏ ơn t ê m à h

1.3.4 B ộ điều khiển dòng phát

Catốt được làm nóng ằng một d b òng i t đ ện ừ một nguồn iđ ện thấp êáp ri ng

biệt Đầu ra của nguồn cung cấp n ày được đ ều i khiển bằng ộ ựa b l chọn dòng(mA) Khi tăng giá trị mA, dòng làm nóng qua sợi nung sẽ ăng v àm ăng t à l tnhiệt độ, sự ă t ng này s l tẽ àm ăng dòng trong ống tia X Thực ế t có hai dòng chạy qua ph của ốngần tia X: m là dòng mA, chạy tột ừ catot t anot do ớinguồn i đ ện áp cao; d g c l òn òn ại chạy qua các sợi nung của catot Chính dòngthứhai này iều khiển dđ òng từ catot tới anot

Nhiệt độ cao của catot tạo n sự phát ạ nhiệt ượng tương ứng đặc nê x l , biệt

t á ại gi trị mA cao, ph t xạ nhiệt này l đáng ể Trong nhiều trường ợp, nhiệtá à k h

độ cao sinh ra sự ốc hơi c b ủa catot V đ ều này, kh ng n n giì i ô ê ữ catot vận hành

t ại nhiệt độ cao ngoại trừ trong quá trình phát ạ tia X Phần ớn thiết ị tia X x l b

v hận ành ới hai mức àm nóng của catot Khi thiết ị được ật n, catot v l b b lêđược l nàm óng đến 1 mức gọi là (stand by), mức n ô- ày kh ng g y ra sự ốc â b

hơi Chỉ trước khi sự phát ạ tia X bắt đầu, nhiệt độ catot mới được ăng l n x t ê

t m ới ột giá trị, gi trị ày chínhá n là quyết định òng ương ứng trong ống d tTrong phần l ớnthiết ị chụp b tia X, chức ă n ng này được i đ ều khiển bằng cùngmột công tắc kích ho v việcạt ới phát tia X Vi ệc duy tr nhi độ ủaì ệt c catot trong cả giai oạn hoạt động s làđ ẽ m giảm tuổi c thọ ủa ống tia X

M dù dặc òng trong ống tia X được đ ều khiển ởi nhiệt độ ủa catot, i b c

nhưng ngoài ra c òn chịu ảnh ưởng ủa h c cao áp cung cấp Tại á gi trị cao ápthấp, một số electron gi ảiphóng khỏi catot kh ng tới được anot, tạo n đ ệnô nê i

t ôích kh ng gian Các electron trong vùng lân cận catot này ản trở ác c c electron trên bề mặt catot v àm ảm s à l gi ự phát xạ Trong trường h nợp ày,

dòng của ống tia X được ọi g là dòng ị ản trở ởi đ ện ích kh ng gian Đ ều b c b i t ô i

n ày đặc biệt đáng k tể ại giá trị cao áp thấp Ảnh hưởng n có ày thể được giảm

b bớt ằng cách đặt catot v anot lại ần nhau hơn à g

Khi giá trị cao áp ăng, t điện t ích ông gian giảm, dkh òng trong ống tia X

tăng đến gi trị giới hạn ởi sự giải phóng electron ủa catot Tại đ ểm ày á b c i n

người ta nói ống ở trong trạng thái bão àho Rất nhiều thiết b ị tia X một có

m bù ạch để giảm ối thiểu ảnh ưởng Mạch t h bù được k ích hoạt ằng ộ ựa b b l

ch cao ápọn Khi cao áp được iđ ều ỉnh tới giá ch trị cao hơn, mạch bù s l ẽ àm

giảm ệt độ nhi catot Sự ảm gi phát ạ x bù cho điện t ích ông gian giảm kh

1.3.5 Bộ đ iều khiển thời gian phát xạ

Vì chùm tia X phát ra c liều chiếu phụ thuộc ất nhiều o thời gian, do ó r và

đó trước khi phát ạ ta cần phải xác x định thời gian bằng b iộ đ ều khiển thời gian phát x iạ Đ ều khiển i thờ gian trong ch X quang, ụp là vi phệc át x ạ được

k ích hoạt ởi ận ành thiết ị b v h b và k ết thúc, hoặc sau một thời gian được đặt

sẵn, hoặc khi bộ đo cảm nhận được một mức phát ạ nhất định x

• Định thời gian bằng tay

Thiết b ịX quang có b ộ địnhthời gian bằng tay đòi ỏi người ận ành đặt h v h

trước ời th gian phát ạ ước x tr khi khởi ạo phát ạ Thời gian được xác định t x

bằng kiến thức ủa người ận ành, hoặc ăn cứ ào biểu đồ ỹ thuật, sau khi c v h c v k

xác định gi trị cao áp (kV) á và dòngphát mA ( )

Định th gian phát xạ cho thiết b ịđơn pha thời ường vận hành theo bước1/100 s, là thời gian của một nửa chu kỳ đ iện áp 50 Hz Đâ ũng là y c thời gian chạy qua giữa hai xung phát x ạ

V c ấn đề ủa địnhthời gian bằng tay l kh ng c khả ăng đ ều chỉnh nhữngà ô ó n i khoảng thời gian nh trong phỏ át xạ Trong tình ống mà 1/100 giây (s) cung hu

c b x ấp ức ạ thiếu, phải ử ụng ức tiếp theo 1/50 s, sẽ ấp đôi lượng phát ạ s d m g x

và có thể phát ạ a mức Vấn đề ày đặc biệt đáng ể đối ới thời gian x qú n k v phát xạ ngắn

Thiết b ị ba pha v thiết ị nguồn ố định cung cấp phát xạ gi trị ổn địnhà b c á

hơn, v việc phát xạ thể đặt thời gian v ết thúc chính ác ơn.à có à k x h

• Điều khiển bức xạ tự động (AEC)

i Đ ều khiển ự động một chức ăng của thiết ị tia X t là n b , mà k ết thúc phát

xạ khi một lượng phát x ạnh định đãất tới b cộ ảm nh Điều khi t ận ển ự động

thườngđược ử ụng s d trong nhiều qu á trìnhchụp X quang th ng thường ô1.3.6 Bộ phận làm nóng và làm nguội ốngtia X

Để sản sinh b x ạức tia X, một lượng năng lượng iđ ện t ng đối ươ cao đượctruyền t t ải ới ống tia X

Chỉ có một phần nhỏ (thường < 1%) của ăng lượng n này được chuyển đổi

thành tia X, phần l ớnbiến đổithành dạng nhiệt

Điều n ày đặt ra một hạn ch trong vi c s dụng thiết b tia X Nếu nhiệt ế ệ ử ị

lượng sinh ra trong ống tia X vượt qu á m ức cho phép, ống có b thể ị phá huỷ

S á ự ph huỷ ày n có d dthể ưới ạng anot bị tan chảy hoặc ể ỏ ống b v

Tổng nhiệt ượng ản sinh trong ống tia X là s l s ản phẩm của cao áp, mA và thời gian phát xạ Dung lượng lưu trữ nhiệt của anot được ác x định ằng đơ b n

v ịnhiệt HU (heat nits) như sau:

1 HU = KVp x mA x âgi y (1.9)Khả ă n ng chịu nhiệt của ống khi n được s dó ử ụng ới v m áy phát đơn pha, thể hiện bằng khái niệm đơn v nhiệt lượng trong một giây Khi ống ị phát sử

dụng anot quay với ốc độ cao v t à m áy phát ba pha, thường hay đề c ập đến

công suất là kW Theo qui định, kW c ủa ống tia X 1/1000 của cực đại (kV là

x mA) cho 0,1 giây phát x ạ

S êự ti u tán nhiệt trong ống có anot tĩnh tuỳ thuộc ào khả ăng tản nhiệt v n

của đĩa đồng anot Anot xoay tản nhiệt ằng ức ạ, từ đĩa Vonfram qua b b x khoảng ông tkh ới b k và d ìa ính ầuxung quanh, và cuối c g tới v ùn ỏ ống

Vì nhiệt sinh ra chủ ếu ập trung tr n bia m chùm tia X đập ào, m y t ê à v à

chùm tia X chỉ đập v bia trêào n một khoảng rất nhỏ đó đ ểm ội ụ, n n đâ là i h t ê y

cũng là v r ấn đề ất quan trọng đối ới áy phát tia X v m

h t c ội ụ ần phải nhỏ Tuy nhi n, đ ểm ội ụ nhỏ thê i h t ì có xu hướng tập trung

nhiệt lớn, và khiến ả ăkh n ng chịu ệt của khu vực hội t k hnhi ụ ém ơ Ưu điểm n duy nhất của i hđ ểm ội t lụ ớn là tăng khả ă n ng chịu nhiệt Nhiều ống tia X có hai kích thước đ ểm h t i ội ụ K ích thước đ ểm hội ụ nhỏ thường được ử ụng i t s d

v côới ng suất ương đối nhỏ Đ ểm ội ụ ớn được ử ụng khi thiết ị phải t i h t l s d b

v hận ành ại ức ng suất ượt qu khả ăng chịu nhiệt của đ ểm ội ụ nhỏ t m cô v á n i h t Một tác ân ác nh kh ảnh hưởng đếnkhả ăng chịu nhi của khu v hội t n ệt ực ụ

là dạng sóng cao áp Nguồn ăng lượng đơn pha được chuyển ới anot dưới n t

dạng c ác xung Nguồn ba pha truyền ải nhiệt ới ốc độ ổn định ơn so với t v t hnhiệt độ sinh ra bởi thiết ị đơn pha, với c b ùng tổng nhiệt lượng truyền t ải

Do bản chất xung của nguồn đơn pha, một số đ ểm tr n bề ặt anot tăng i ê m

t ớinhiệt độ cao hơn các đ ểm khác i

Đểso sánh đơn pha v ba pha, cà ần xét đến ba y t ếu ốsau y: đâ

-V hận ành 3 pha cho ph ống ận ành ại ức ăng lượng cao hơn, do ép v h t m n

Trên thực ế, hai đặc đ ểm đầu ưu đ ểm ủa ận hành 3 pha Bởi vì t i là i c v hiệu

suất sinh tia X lớn, khả ă n ng thẩm thấu của ức ạ ă b x t ng, chỉ cần một giá ị trkVp và mAs thấp để s ản sinh một lượngphát x ạ ất định Đnh iều n bù lày ại s ự

tăng nhiệt ủa ận nh 3 pha c v hà

1.3.8 Bộ lọc ùch m tia X

Phổ ă n ng lượng của c ác oton gi phóng tph ải ừ ống tia X phụ thuộc v ào 3 nhân tố sau:

-B ảnchất ủa bia ống tia X c

- Đỉnhcao áp (kVp) cung cấp cho ống

-Bản chất và v ật liệu ấp thụ tr n đường đi của chùm tia h ê

Chùm tia X chẩn đoán, bao gồm một dải toàn ộ phổ ăng lượng Năng b n

lượng trung bình của chúng khoảng 1/3 đến 1/2 năng lượng đỉnh Sự ph n bố â

phổ ă n ng lượng của oton quyết định b ph ởi Anốt của ống tia X v kVp cung à

c ấpcho ống tia X

Việc lọc b cỏ ác photon năng lượng thấp khỏi chùm tia X, bằng một thiết b ị

h g là b lấp thụ ọi ộ ọc, sau qu trình lọc th phổ ủa á ì c chùm tia X sẽ ị thay đổi b Khi chùm tia bức x ạ qua một vật ần c chụp, phần ớn ác photon có năng l c

lượng thấp ật ễ àng ấp thụ n liều chiếu cho vật ăng l n Do đó, phải v d d h nê t ê

dùng một bộ ọc được đặt giữa ật l v và ống tia X, bộ ọc ẽ ấp thụ ác photon l s h c

năng lượng thấp kh ng cần thiết Trong kiểm định bức ạ, chùm tia X đượcô x

l b cáọc ởi c vật ấp thụ ại hai mức khác nhau: h t

1.3.8.1 Lọc sẵn có

B kìa ính bao quanh ống, dầu ph n c ch quanh ống â á và c s ửa ổ trong vỏ ống

là những vật liệu hấp thụ vốn sẵn có Hấp thụ n ày được tính tươ đương ng v ới

nhôm, nghĩa là b dàề y của ônh m cần có độ h tấp thụ ươ đương với c v ng ác ậtliệu s có ẵn

Trong một số trường hợp đặc biệt, người ta l mong mu khôại ốn ng c ấp ó h

thụ lọc t êự nhi n sẵn có á C c cửa s ống bằng Berili (Berổ yllium) được thiết ế k

để cung cấp chùm tia kh ng bị l Vật liệu ô ọc Be c ố nguyên tử bằng 4, trong ó s

suốt v b x nđối ới ức ạ ăng lượng ấp h n lth ơ à k Bức x t ính ạ ừ những ống Be có

m l c h t ức ọc ố địn ối thiểu và i n là r ù h đ ều ày ất ph ợp cho việc chụp X quang

mềm,

1.3.8.2 L b ọc ổ sung

B ộ phận ọc bao gồm ác ấm kim loại chắn ấn ào chùm tia X gọi l c t l v là l ọc

b ổ sung Nhằm ục đích ấp thụ bức ạ ăng lượng thấp m h x n và truyền ải ác t c

photon n ng lă ượng cao, một vật liệu thích ợp ư ô h nh nh m (Al) được ựa chọn, l

2 mm nhôm sẽ ấp thụ ọi photo ó nă h m n c ng lượng nhỏ ơ h n 20 KeV, n n phê ần

l ớnnh g ữn ưu đ ểm ủa việc ọci c l có thể đạt được ới độ ày này Một phiến ọc v d l

nhôm c độ ày ớn ơn 3 mm sẽ ấp thụ ác oton n ng ló d l h h c ph ă ượng cao ăN ng

lượng ủa c chùm tia kh ng bị thay đổi đáng ể, song cường độ ủaô k c nó ì th giảm

bớt Đ ều ày m k o dài thời gian đòi ỏi để thực hiện phát ại n là é h x

Ảnh ưởng h của việc l bằng nhôọc m trên một chùm tia X c cao áp 90 kVp ó cho tr n hình 1.14ê

Hình 1.14 Ảnh hưởng lọc của năng lượng và cường độ tia X

lượng ừ t 10 đến 20 KeV Việc ọc àm giải đi tổng ố photon trong chùm tia l l s

X (vùng dưới đường cong), song quan trọng ơn l h à nó đãloại ỏ một cách có b chọn l ọc một số ượng ớn l l c ác photon năng lượng thấp

C ác phiến ọc ấp thụ một số photon ở c mức ăng lượng khác nhau, n n l h cá n êphải bù s m nự ất ăng lượng cao bằng ách ă c t ng th gian phời át xạ

Chương 2 : SỬ DỤNG PHOTODIODE GHI NHẬN BỨC X Ạ

L ớpchuyển tiếp N hình thành ột đ ện trường, tạo n vùng nghèo hạt P- m i nê

d và h ẫn ình thành àng ào thế Vb (hình 2.1) Khi kh ng c đ ện thế n h r ô ó i bê

Vùng nghèo

Vb Chuyển tiếp

Điện trường

ngoài đặt lên chuyển tiếp (V=0), dòng i đ ệnqua chuyển tiếp I = 0 Thực chất I

là dòng ổng cộng ủ hai dòng đ ện ằng nhau v ngược chiều nhau: t c a i b à

- Dòng do khuếch án ạt ẫn ơ ản sinh ra ( hạt ẫn ơ ản t h d c b d c b là l ỗ trống

trong bán dẫn loại P và i t đ ện ửtrong chất b d án ẫn lọai N) Năng lượng

c cáủa c hạt ày đủ ớn để ượt qua rào thế n l v

- Dòng ạt ẫn kh ng cơ ản (do sự ình thành c cặp khi c ích thích h d ô b h cá ó k nhiệt, điện t trong chất b sử án ẫn lọai P v ỗà l trống trong bán dẫn loại

N), chúng chuyển động ưới tá d c dụng ủa đ ện trường c i trong vùng

nghèo

Khi điện áp Vd đặt lên diode, chiều cao của rào s thế ẽ thay đổi làm thay

đổi dòng ạt ẫn h d c bơ ản và b rề ộng vùng nghèo Điện áp Vd đặt lên lớp

chuyển tiếp s xáẽ c định dòng I :

0 exp I0

kT

qVd I

d nẫn ày tham gia vào độ ẫn d và l tàm ăng dòng I, nhưng cần phải ngăn cản

quá trình ái ợp ủa ch t h c úng t là ức phải nhanh chóng tách ặp đ ện ử ỗ trống c i t -l Điều này ch ỉ có th x ể ảy ra trong vùng nghèo và s ự chuyển dời của các đi ện

t ích đó (cùng ướng ới ới ướng chuyển động ủa c hạt ẫn kh ng cơ h v v h c cá d ô

b ản) kéo theo sự gia tăng của dòng ngược Ir (Hình 2.2)

Hình 2.2: Hiệu ứng quang điện trong vùng nghèo của lớp chuyển tiếp P-N

Điều quan trọng là bức x phải tới được vạ ùng nghèo sau khi i qua một b đ ềdày đáng k cể ủa chất án ẫn b d và êti u hao một ần năng lượng ông nhiều ph kh

B x ức ạ đi s u vào chất án ẫn, th ng lượng Ф càng giảmâ b d ô :

Φ ( x ) = Φ0e−αx (2.2)

Trong đó: α = 105 cm-1 tương ứng ới ự giảm 63% th ng lượng khi đi qua bề v s ô

d bày ằng 103 A0

Thực tế, phiến b d án ẫn được l r màm ất ỏng để ăng lượng bức x t n ạ ới m ột

c h ách ữu hiệu nhất, đồng thời ùng nghèo ũng phải đủ ộng để ự ấp thụ ở v c r s h

đó là cực đại Để được iđạt đ ều người đó ta chế ạo t êth m l b dớp án ẫn I k ẹpgiữa hai lớp án ẫn P và b d N, để ở ộng ùng nghèo, ưu đ ểm chỉ ần ột m r v i là c m

điện áp ngược c v vôỡ ài n cũng đủ để mở rộng vùng nghèo ra toàn lớp b bộ án

chuyển tiếp hν