X 光管中用於集中電子射束之聚焦杯（focusing cup）之電性為何？

本題觀念：

本題探討 X 光管中陰極（Cathode）構造的運作物理原理，特別是聚焦杯（Focusing cup）的電性設計與其功能。在 X 光的產生過程中，陰極的燈絲（Filament）經加熱後會透過熱游離（Thermionic emission）產生電子雲。由於電子帶負電，彼此間會產生靜電排斥（即空間電荷效應，Space charge effect），使得電子束在高速射向陽極靶的過程中容易產生發散現象。聚焦杯的設計目的在於解決這個發散問題，將電子束壓縮並準確地引導至陽極的特定打擊區域，也就是焦點（Focal spot）。

選項分析

• (A) 直流負電壓：正確。聚焦杯的設計利用了「同性相斥」的物理靜電學原理。因為電子本身帶負電，聚焦杯必須被賦予穩定的負電壓（通常等於或略低於燈絲的電位），藉由靜電排斥力將外圍發散的電子束向中心擠壓，使其精準聚焦於陽極靶上。這個約束電子的靜電場必須連續且穩定，因此使用的是直流電（DC）。
• (B) 直流正電壓：錯誤。若聚焦杯帶有正電壓，會產生「異性相吸」的作用。這不僅無法將電子束推向陽極，反而會將燈絲發射出的電子直接吸引並撞擊在聚焦杯本身，導致無法有效產生 X 光射束，甚至可能因高熱損壞 X 光管的陰極結構。
• (C) 中性：錯誤。若聚焦杯不帶電（無電位差），則無法提供任何靜電排斥力來對抗電子與電子之間

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