Spezielle gewellte Keramikrohre, Metallkeramikrohre und Glasrohre für Analysegeräte, geeignet für verschiedene Modelle von XRD, XRF, Kristallanalysatoren und Orientierungsinstrumenten im In- und Ausland. EinRöntgenröhreist ein elektronisches Vakuumgerät, das durch den Hochgeschwindigkeitsaufprall von Elektronen auf ein metallisches Zielmaterial Röntgenstrahlen erzeugt. Aufbau, Funktionsprinzip und Anwendung weisen verschiedene technische Merkmale auf.

1. Grundstruktur vonRöntgenröhre

(1) Kathode (Elektronenemissionsquelle)

Bestehend aus Wolframfilament,Röntgenröhreheizt sich nach dem Einschalten auf und emittiert Elektronen. Er ist um eine Fokussierabdeckung (Kathodenkopf) gewickelt, um die Richtung des Elektronenstrahls zu steuern. Die Glühfadentemperatur beträgt etwa 2000 K, und die Elektronenemission wird durch Strom geregelt.

(2) Anode (Targetmaterial)

Normalerweise werden Metalle mit hohem Schmelzpunkt (wie Wolfram, Molybdän, Rhodium usw.) verwendet, um dem Beschuss mit hochenergetischen Elektronen standzuhalten und Röntgenstrahlen zu erzeugen. Enthält Anodenkopf (Zieloberfläche), Anodenkappe, Glasring und Anodengriff, die für die Wärmeableitung (durch Strahlung oder Leitung) und die Absorption von Sekundärelektronen verantwortlich sind.

(3) Vakuumschale und Fenster

Die Glas- oder Keramikhülle hält ein Hochvakuum (mindestens 10 ⁻⁴ Pa) aufrecht, um Elektronenstreuung zu vermeiden. Die Fenstermaterialien erfordern eine geringe Röntgenabsorption, üblicherweise werden Berylliumplatten, Aluminium oder Lindemann-Glas verwendet.

2. Funktionsprinzip vonRöntgenröhre

(1) Elektronenbeschleunigung und -stoß

Die vom Kathodenfaden emittierten Elektronen werden durch Hochspannung (im Kilovolt- bis Megavolt-Bereich) beschleunigt und kollidieren mit dem Anodenmaterial. Der Prozess der Umwandlung elektronischer kinetischer Energie in Röntgenstrahlen umfasst:

Bremsstrahlung: Röntgenstrahlen mit kontinuierlichem Spektrum, die freigesetzt werden, wenn Elektronen abgebremst oder abgelenkt werden.

Charakteristische Strahlung: Röntgenstrahlen (wie Kα- und Kβ-Linien), die durch Elektronenübergänge in der inneren Schicht des Zielmaterials freigesetzt werden.

(2) Energieumwandlung und Wirkungsgrad 

Nur etwa 1 % der Elektronenenergie wird in Röntgenstrahlen umgewandelt, der Rest wird in Form von Wärme abgegeben, was eine Zwangskühlung (z. B. bei einer rotierenden Anodenkonstruktion) erfordert.

3. Klassifizierung und Anwendungsszenarien von Röntgenröhren

(1) Durch die Erzeugung elektronischer Mittel

Aufblasbarer Schlauch: ein früher Typ, der auf Gasionisation zur Elektronenerzeugung beruht, mit geringer Leistung und kurzer Lebensdauer (mittlerweile veraltet).

Vakuumröhre: Moderne Mainstream-Hochvakuumumgebung verbessert die elektronische Effizienz und Stabilität.

(2) Nach Zweck

Im medizinischen Bereich, diagnostische (wie Zahn- und Brustuntersuchungen) und therapeutische (wie Strahlentherapie)Röntgenröhreverwenden oft rotierende Anoden, um die Leistungsdichte zu erhöhen.

Industrielle Prüfung: Zerstörungsfreie Prüfung, Materialstrukturanalyse usw. mit Schwerpunkt auf hoher Durchdringung (harte Röntgenstrahlen).

(3) Je nach Kühlmethode

Feste Anode: einfache Struktur, geeignet für Szenarien mit geringem Stromverbrauch.

Rotierende Anode: Die Zieloberfläche rotiert mit hoher Geschwindigkeit (bis zu 10.000 Umdrehungen pro Minute), um die Wärmeableitung zu verbessern und eine hohe Leistungsabgabe zu unterstützen.

4. Leistungsmerkmale und Grenzen von Röntgenröhren

(1) Vorteile

Niedrige Kosten, geringe Größe, einfache Bedienung, geeignet für routinemäßige medizinische und industrielle Tests. Flexible Anpassung der Zielmaterialien (wie Wolfram, Molybdän, Kupfer), um unterschiedliche Energieanforderungen zu erfüllen.

(2) Einschränkungen

Geringe Helligkeit und Kollimation, großer Röntgendivergenzwinkel, der zusätzliche Kollimatoren erfordert. Das Energiespektrum ist kontinuierlich und enthält charakteristische Linien, die eine Filterung oder Monochromatisierung erfordern (z. B. Verwendung von Nickelfiltern zur Entfernung von Kβ-Linien).

5. Vergleich zwischen Röntgenröhren und Synchrotronstrahlungsquellen

(1) Helligkeit und Lichtstrom

Röntgenröhre: Geringe Helligkeit, geeignet für Routineuntersuchungen. Synchrotronstrahlungsquelle: mit einer Helligkeit von 10⁶~10¹²mal höher, geeignet für Spitzenforschung wie Nanoimaging und Proteinkristallographie.

(2) Spektrale Eigenschaften

Röntgenröhre: Diskrete Kennlinien + kontinuierliches Spektrum, Energiebereich durch Beschleunigungsspannung begrenzt.

Synchrotronstrahlung: breites kontinuierliches Spektrum (von Infrarot bis zu harten Röntgenstrahlen), präzise abstimmbar.

(3) Zeitliche Merkmale

Röntgenröhre: Kontinuierliche oder im Mikrosekundenbereich liegende Impulse (rotierendes Ziel).

Synchrotronstrahlung: Impulse im Femtosekundenbereich, geeignet zum Studium dynamischer Prozesse wie chemischer Reaktionen.

6. Technische Parameter vonRöntgenröhre

(1) Optionale Zielmaterialtypen: Cu, Co, Fe, Cr, Mo, Ti, W usw.

(2) Fokustyp: 0,2 × 12 mm²oder 1 × 10 mm²oder 0,4 × 14 mm²(Feinfokus)

(3) Größere Ausgangsleistung: 2,4 kW oder 2,7 kW

Gesamt,RöntgenröhreAufgrund ihrer praktischen Anwendbarkeit und Wirtschaftlichkeit dominieren sie in Bereichen wie der medizinischen Diagnostik und industriellen Tests, sind aber durch Leistungsengpässe eingeschränkt. Für Bereiche, die eine hohe Auflösung und Helligkeit erfordern (wie z. B. Spitzenforschung), sind fortschrittliche Technologien wie Synchrotronstrahlungsquellen unerlässlich. Zukünftige Entwicklungsrichtungen umfassen die Verbesserung der Energieumwandlungseffizienz, die Optimierung von Wärmeableitungsstrukturen und die Entwicklung miniaturisierter Röntgenquellen.