110年:放射器材(2)
診斷 X 光管突然故障,最常見的是電子電弧(electron arcing)的產生,主要是下列何種原因所造成?
AA.陽極靶轉速太低
BB.陰極燈絲揮發(vaporized)
CC.空間電荷效應(space charge effect)
DD.冷卻系統故障
詳細解析
本題觀念:
本題探討診斷用 X 光管(X-ray tube)的壽命限制以及造成其損壞的常見原因。X 光管內部處於高度真空狀態,以確保電子能順利從陰極(Cathode)加速飛向陽極(Anode)。然而,在長期使用或高負載操作下,管內元件會因熱應力而逐漸老化。其中,「電子電弧(electron arcing)」是造成 X 光管突然失效(abrupt tube failure)最常見的直接原因,其成因與管內金屬材質的熱力學特性息息相關。
選項分析
(A) 陽極靶轉速太低 不正確。旋轉陽極(rotating anode)的設計是為了讓高速電子撞擊在不斷改變的靶面上,以增加散熱面積。若轉速過低或軸承故障卡死,電子束會持續轟擊在同一個點上,導致陽極靶面局部過熱、熔毀、出現凹洞(pitting)甚至裂開。這會造成 X 光產出效率下降或射束不均勻,但並非引起電子電弧的最常見主因。
(B) 陰極燈絲揮發(vaporized) 正確。陰極燈絲(通常為鎢絲,Tungsten)在產生熱電子發射(thermionic emission)時必須被加熱至極高溫。長期在高管電流(mA)下操作,會導致鎢金屬逐漸揮發,並沉積在 X 光管的玻璃或金屬外殼內壁。這層金屬沉積物(稱為 glass crazing 或 bronzing)會破壞管內原本完美的絕緣與電位平衡,導致電子在加速過程
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