110年:放射診斷(2)

關於診斷用 X光的產生,下列敘述何者錯誤?

A通電流加熱鎢絲來產生電子,此現象稱熱離子發射( thermionic emission )
B添加 1~ 2%的釷到鎢絲中,可增加發射效率
C鎢的揮發物會沉積在玻璃套管,導致球管故障
D在高 kVp及低 mA下的熱離子發射,會有空間電荷的限制

詳細解析

本題觀念:

本題探討診斷用 X 光管的陰極(Cathode)結構設計、熱離子發射原理,以及 X 光管的運作特性與常見故障原因。醫事放射師必須熟悉這些物理特性,以確保 X 光管的壽命與維持影像品質。

選項分析

  • (A) 通電流加熱鎢絲來產生電子,此現象稱熱離子發射( thermionic emission ):正確。X光管陰極的燈絲通常由金屬鎢製成。當我們施加燈絲電流(filament current)使其加熱至白熾狀態(約 2200°C 以上)時,原子的外層電子會獲得足夠熱能而克服表面束縛逸出,此物理現象即為熱離子發射。
  • (B) 添加 1~ 2%的釷到鎢絲中,可增加發射效率:正確。純鎢的功函數(work function)較高。為了在較低的溫度下獲得足夠的電子發射量,製造商會在鎢絲中添加 1%~2% 的釷(Thorium),製成釷鎢合金絲(Thoriated tungsten)。釷能有效降低電子逸出的功函數,進而在較低溫下增加熱離子發射的效率並延長燈絲壽命。
  • (C) 鎢的揮發物會沉積在玻璃套管,導致球管故障:正確。在長期高溫操作下,陰極鎢絲與陽極鎢靶皆會產生微量的金屬氣化。這些鎢揮發物冷卻後會沉積在 X 光管的玻璃套管(glass envelope)內壁,形成一層導電金屬膜。這會破壞管內的絕緣與電場分布,極易引發高壓電弧(arci

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