X線管の出力と効率

🧠 電子の運動エネルギー kinetic energy 運動エネルギー（kinetic energy） kinetic energy（運動エネルギー） の99%以上は熱になり、X線変換効率X-ray conversion efficiency X線変換効率（X-ray conversion efficiency）X-ray conversion efficiency（X線変換効率） は1%未満である。 効率は標的の原子番号 atomic number原子番号（atomic number） atomic number（原子番号）$Z$と管電圧 tube voltage管電圧（tube voltage） tube voltage（管電圧）$U$が高いほど増える。

エネルギー収支と変換効率

入射電子の大部分は標的原子を励起して格子振動 lattice vibration格子振動（lattice vibration） lattice vibration（格子振動）、すなわち熱に変わる。X線出力は概ね管電流 tube current 管電流（tube current） tube current（管電流） に比例し、管電圧tube voltage 管電圧（tube voltage）tube voltage（管電圧） を上げると効率と最大光子エネルギー maximum photon energy 最大光子エネルギー（maximum photon energy） maximum photon energy（最大光子エネルギー） の双方が増える。¹²

X線管の出力と効率を表す式

$\eta_X$はX線変換効率 X-ray conversion efficiencyX線変換効率（X-ray conversion efficiency） X-ray conversion efficiency（X線変換効率）、$Z$は標的の原子番号 atomic number原子番号（atomic number） atomic number（原子番号）、$U$は管電圧 tube voltage 管電圧（tube voltage） tube voltage（管電圧） である。比例式であり、装置全体の厳密な効率式ではない。

標的での熱とX線の発生

タングステンtungsten タングステン（tungsten）tungsten（タングステン） は高Z・高融点のため標的に適する。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='energy balance'>エネルギー収支</span>と変換効率"] --> B
  B["標的での熱とX線の発生"] --> C
  C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='tungsten'>タングステン</span>は高Z・高融点のため標的に適する"] --> D
  D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='anode'>陽極</span>を保護する設計"]

陽極を保護する設計

X線管X-ray tubeX線管（X-ray tube）X-ray tube（X線管）では、効率は標的の原子番号 atomic number原子番号（atomic number） atomic number（原子番号）$Z$と管電圧 tube voltage管電圧（tube voltage） tube voltage（管電圧）$U$が高いほど増える。タングステンtungsten タングステン（tungsten）tungsten（タングステン） は高$Z$・高融点のため標的に適し、電子の減速 deceleration 減速（deceleration） deceleration（減速） で生じるX線のエネルギー分布は制動放射bremsstrahlung 制動放射（bremsstrahlung）bremsstrahlung（制動放射） のスペクトルとして観測される。

回転陽極rotating anode 回転陽極（rotating anode）rotating anode（回転陽極） と冷却系で熱負荷を広い面積・時間へ分散する。短時間許容負荷 heat load capacity 許容負荷（heat load capacity） heat load capacity（許容負荷） と連続許容負荷 heat load capacity 許容負荷（heat load capacity） heat load capacity（許容負荷） は異なる。焦点サイズ、回転陽極rotating anode回転陽極（rotating anode）rotating anode（回転陽極）、冷却曲線cooling curve 冷却曲線（cooling curve）cooling curve（冷却曲線） を無視 neglect 無視（neglect） neglect（無視） してmA・kV・時間を増やすと陽極損傷 anode damage 陽極損傷（anode damage） anode damage（陽極損傷） につながる。

まとめ

• 電子の運動エネルギー kinetic energy 運動エネルギー（kinetic energy） kinetic energy（運動エネルギー） の99%以上は熱になり、X線変換効率X-ray conversion efficiency X線変換効率（X-ray conversion efficiency）X-ray conversion efficiency（X線変換効率） は1%未満である。効率は標的の原子番号 atomic number原子番号（atomic number） atomic number（原子番号）$Z$と管電圧 tube voltage管電圧（tube voltage） tube voltage（管電圧）$U$が高いほど増える。
• タングステンtungsten タングステン（tungsten）tungsten（タングステン） は高Z・高融点のため標的に適する。
• 回転陽極rotating anode 回転陽極（rotating anode）rotating anode（回転陽極） と冷却系で熱負荷を広い面積・時間へ分散する。