114年:放射器材(1)
下列何者最不可能提升診斷用X光機陽極靶的散熱能力?
A玻璃封罩內保持真空
B加速陽極靶旋轉速度
C陽極靶後方接合石墨
D使用較大的焦斑尺寸
詳細解析
本題觀念:
診斷用X光機在產生X光時,僅有約 1% 的電子動能轉換為X光,其餘 99% 的能量皆轉換為熱能並沉積在陽極靶上。因此,陽極靶的散熱與熱容量設計是X光管製造中極為關鍵的一環,直接影響X光機的最高曝光條件與使用壽命。本題測驗的是考生對於X光管各項構造設計及其對熱容量與散熱能力影響的理解。
選項分析
- (A) 玻璃封罩內保持真空:此選項最不可能提升散熱能力。X光管內部保持真空的主要目的,是為了讓陰極產生的電子在飛向陽極的過程中,不會與氣體分子發生碰撞而損失能量或改變方向,同時也能避免高溫的鎢絲(陰極)氧化燒毀。然而,真空環境阻斷了「熱傳導」與「熱對流」的途徑,使得陽極靶上的熱能幾乎只能單靠「熱輻射(Thermal radiation)」的方式消散到管殼上。因此,真空設計本身對散熱不僅沒有幫助,反而限制了散熱的途徑。
- (B) 加速陽極靶旋轉速度:此選項能提升散熱能力。相較於固定式陽極,旋轉陽極可以讓電子束轟擊的區域從一個「點」變成一個「圓環軌跡(Focal track)」,大幅增加受熱面積。進一步提升旋轉速度(例如從一般轉速的 3,400 rpm 提升至高速的 10,000 rpm),能讓熱量在極短時間內更均勻地分散在軌跡上,有效提高瞬間的熱容量與散熱效率,避免靶面局部熔毀。
- (C) 陽極靶後方接合石墨:此選項能提升散
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