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$U$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 grating 格子（grating） grating（格子） 振動、すなわち熱に変わる。X線出力は概ね管電流に比例し、管電圧を上げると効率と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、$Z$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["タングステンは高Z・高融点のため標的に適する"] --> D
  D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='positive electrode'>陽極</span>を保護する設計"]

陽極を保護する設計

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$U$が高いほど増える。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 positive electrode 陽極（positive electrode） positive electrode（陽極） と冷却系で熱負荷を広い面積・時間へ分散する。短時間許容負荷と連続許容負荷は異なる。焦点サイズ、回転陽極 positive electrode陽極（positive electrode） positive electrode（陽極）、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 positive electrode 陽極（positive electrode） positive electrode（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$U$が高いほど増える。
• 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 positive electrode 陽極（positive electrode） positive electrode（陽極） と冷却系で熱負荷を広い面積・時間へ分散する。