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。

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。