Tia X được sinh ra từ sự thay đổi quỹ đạo của electron khi nó đang chuyển động có gia tốc đến gần hạt nhân, khi quỹ đạo của electron thay đổi một phần động năng của electron sẽ bị mất đi và chính phần năng lượng này chuyển thành bức xạ điện từ phát ra tia X.
Âm cực mang điện thế âm phát ra electron tự do dựa trên nguyên lý phát xạ nhiệt. Khi dòng nung qua sợi đốt, electron được phát xạ từ bề mặt sợi đốt. Dòng
nung ảnh hưởng đến nhiệt độ và tốc độ phát xạ electron. Khi không có hiệu điện thế nào giữa âm cực và dương cực, một đám mây electron tích tụ xung quanh sợi đốt. Cấp nguồn cao thế cho cả âm cực và dương cực, âm cực cần một hiệu điện thế đủ lớn (khoảng 10 kV) để gia tốc đám mây electron và dương cực cần một hiệu điện thế tương tự để hút các electron. Chùm electron chuyển động từ âm cực về dương cực tạo ra một dòng điện dịch, gọi là dòng của ống [4].
Đám mây electron thường chỉ tồn tại khi điện thế nguồn thấp hơn 40 kV, khi đó chỉ có một phần nhỏ lượng electron trên ngay lập tức được gia tốc đến dương cực. Lượng electron đến dương cực tùy thuộc vào một giới hạn điện tích không gian nhất định. Điều đó có nghĩa là dòng của ống đã đạt đến tới hạn, sẽ không tăng khi ta tiếp tục tăng dòng nung. Với nguồn cao thế cho ống phát lớn hơn 40 kV gần như toàn bộ electron sẽ được gia tốc đến dương cực và không còn tồn tại giới hạn điện tích không gian và dòng ống tiếp tục tăng khi tăng nguồn cao thế. Như thế, với cùng một nguồn cao thế xác định (lớn hơn 40 kV), dòng ống biến thiên phụ thuộc vào dòng nung theo một hàm xác định. Mối liên hệ giữa dòng nung, nguồn cao thế ống phát và dòng của ống được minh họa bởi đồ thị dưới đây:
Hình 1.12.Mối quan hệ giữa dòng nung, nguồn cao thế ống phát và dòng của ống Ngoài ra, dòng electron phát xạ cần được định hình và định hướng chính xác đến dương cực. Khi đó, chén hội tụ với có hiệu điện thế khoảng 100V được bọc bên
ngoài sợi đốt có tác dụng nắn chỉnh, thu gọn dòng electron khi phát xạ, xác định mức độ tập trung và kích thước của vùng tiêu điểm. Mỗi âm cực thường có hai sợi đốt có kích thước và dòng khác nhau để lựa chọn vùng tiêu điểm lớn hoặc nhỏ. Bề rộng của rãnh chén hội tụ sẽ xác định bề rộng của tiêu điểm và chiều dài của dây tóc sẽ xác định chiều dài của tiêu điểm.