Đo và kiểm tra không phá huỷ ĐỀ TÀI: TIA X

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÁO CÁO MÔN HỌC
ĐỀ TÀI: TIA X
Nhóm 7
Mơn học: Đo và kiểm tra khơng phá huỷ
Mã lớp: 125928

Ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hố

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Cung Thành Long

Bộ mơn:
Viện:

Kỹ thuật Đo và Tin học Công nghiệp
Điện

HÀ NỘI, 6/2021

Chữ ký của GVHD


Danh sách thành viên nhóm và phân cơng nhiệm vụ

Lời cảm ơn
Để hồn thành được bài tập lớn này nhóm 7 rất cảm ơn sự hướng dẫn của thầy Cung
Thành Long. Qua những lời nhận xét cùa thầy cả nhóm đã dẫn hồn thiện được bài
tập lớn này và có thêm những kiến thức bổ ích.

Tóm Tắt nội dung
Nội dung của báo cáo gồm có 6 phần:
 Phần 1: Tổng quan
 Phần 2: Ống phát tia X
 Phần 3: Phim X Quang
 Phần 4: Giới thiệu một số thiết bị và Ứng dụng chụp X quang
 Phần 5: An toàn khi sử dụng tia X
 Phần 6: Kết luận
Nhóm sinh viên thực hiện
Ký và ghi rõ


MỤC LỤC

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.....................................................................................1
1.1

Lịch sử phát hiện tia X.....................................................................................1

1.2

Thang sóng điện từ..........................................................................................1

1.3

Phương pháp RT sử dụng ống phóng tia X.....................................................2

1.4

Ứng dụng.........................................................................................................3

1.5

Ưu điểm nhược điểm của phương pháp tia X..................................................5
1.5.1

Ưu điểm............................................................................................5

1.5.2

Nhược điểm......................................................................................5

1.6

Cách tạo ra tia X..............................................................................................5

1.7

Tính chất của tia X...........................................................................................8

1.8

Khả năng đâm xuyên của tia X........................................................................9

CHƯƠNG 2. ỐNG PHÁT TIA X...........................................................................10
2.1

Âm cực ( cathode)..........................................................................................10

2.2

Dương cực (anode)........................................................................................12

2.3

2.2.1

Anode cố định.................................................................................12

2.2.2

Anode quay.....................................................................................13

2.2.3

Vỏ ống chân không.........................................................................15

2.2.4

Dầu tản nhiệt (dầu biến áp).............................................................15

2.2.5

Vỏ kim loại.....................................................................................16

2.2.6

Cửa sổ ống......................................................................................16

Bộ lọc tia........................................................................................................16

CHƯƠNG 3. PHIM X – QUANG..........................................................................18
3.1

Cấu tạo phim X – quang................................................................................18
3.1.1

Lớp nền( Base)...............................................................................18

3.1.2

Lớp lót( Subbing layer)..................................................................18

3.1.3

Lớp nhũ tương( Emulsion).............................................................19

3.1.4

Lớp Supercoat.................................................................................20


3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

Đặc điểm........................................................................................................20
3.2.1

Mật độ (quang học).........................................................................20

3.2.2

Tương phản.....................................................................................20

Ảnh hiện thị trên phim X – quang.................................................................20
3.3.1

Ảnh hưởng từ cấu tạo máy phát chùm tia X...................................21

3.3.2

Ảnh hưởng từ đặc điểm của vật thể................................................22

Chụp X quang tương tự.................................................................................25
3.4.1

Phịng tối:........................................................................................25

3.4.2

Các chất hóa học:............................................................................26

3.4.3

Q trình làm ảnh tự động..............................................................29

X quang kỹ thuật số.......................................................................................30
3.5.1

X – quang điện toán (computed radiography – CR).......................30

3.5.2

X – quang DR ( Directly Radiography ).........................................33

3.5.3

Chất lượng hình ảnh của X – quang kỹ thuật số:............................37

So sánh X – quang kỹ thuật số và X – quang tương tự.................................37
3.6.1

CR và X – quang tương tự:.............................................................37

3.6.2

DR và X – quang tương tự:............................................................38

3.6.3

So sánh CR và DR..........................................................................38

3.6.4

Lựa chọn CR hay DR trong NDT:..................................................38

CHƯƠNG 4. THIẾT BỊ VÀ ỨNG DỤNG............................................................40
4.1

4.2

Hệ thống tia X công nghiệp...........................................................................40
4.1.1

Hệ thống X-Ray Gulmay................................................................40

4.1.2

Bộ tia X vi tiêu điểm.......................................................................45

4.1.3

Ống tia X........................................................................................46

Thiết bị X-quang kỹ thuật số.........................................................................47
4.2.1

Chụp X quang kỹ thuật số DR........................................................47

4.2.2

Chụp X quang điện toán.................................................................50

4.3

Hệ thống chụp CT..........................................................................................51

4.4

Ứng dụng đo..................................................................................................52
4.4.1

Đo tiêu điểm hiệu quả.....................................................................52

4.4.2

Chụp X quang các vật thể có độ dày thành khác nhau...................53


4.4.3

Chụp X quang mối hàn trong ống đường kính nhỏ........................54

4.4.4

Xác định vị trí sâu của khuyết tật...................................................56

4.4.5

Xác định vị trí độ sâu và đường kính cốt thép trong bê tơng.........57

4.4.6

Kiểm tra trực tuyến.........................................................................57

4.4.7

Chụp X quang bằng đèn flash.........................................................59

CHƯƠNG 5. AN TOÀN KHI SỬ DỤNG TIA X..................................................61
5.1

Khái niệm chung............................................................................................61
5.1.1

Phạm vi điều chỉnh.........................................................................61

5.1.2

Đối tượng áp dụng..........................................................................61

5.1.3

Giải thích từ ngữ.............................................................................61

5.2

Ảnh hưởng của việc tiếp xúc với phóng xạ...................................................63

5.3

Liều tích lũy cho phép của bức xạ.................................................................64

5.4

Quy định kỹ thuật:.........................................................................................64

5.5

Các bước tiến hành đo liều bức xạ tia X và tia gamma trong khơng khí.......65

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN.......................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................70


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Nhà bác học Rơnghen...................................................................................1
Hình 1.2 Phổ điện từ....................................................................................................2
Hình 1.3 Phổ điện từ....................................................................................................3
Hình 1.4 Chụp X quang trong y tế...............................................................................3
Hình 1.5 Tia X sử dụng để tìm khuyết tật trong cơng nghiệp.....................................4
Hình 1.6 Tia X ứng dụng quyết hành lý....................................................................4
Hình 1.7 Cấu tạo ống phát tia X.................................................................................6
Hình 1.8 Ống Rơnghen................................................................................................7
Hình 1.9 Thí nghiệm tạo ra tia X.................................................................................7
Hình 1.10 Thí nghiệm nhiễu xạ tia X..........................................................................8
Hình 2.1 Những bộ phận cơ bản của một ống phát tia X thơng thường....................10
Hình 2.2 Cấu trúc cathode của ống tia X gồm sợi đốt Volfram nằm trong chén hội tụ
...................................................................................................................................11
Hình 2.3 Tác dụng làm thay đổi hình dạng phân bố chùm electron của chén tội tụ. 11
Hình 2.4 Tác dụng làm thay đổi hình dạng phân bố chùm electron của chén tội tụ 12
Hình 2.5 Cấu tạo anode quay.....................................................................................14
Hình 2.6 Mặt cắt của một anode RTM......................................................................14

Hình 2.7 Sự phân bố chùm tia X theo phương song song với trục cathode-anode. . .15
Hình 2.8 Bộ lọc hấp thụ các photon năng lượng thấp...............................................16
Hình 2.9 Phổ tia X tạo ra ở điện áp đỉnh 150 kVp đối với anode làm bằng Volfram
...................................................................................................................................17
Hình 3.1 Cấu trúc chung film X-quang.....................................................................18
Hình 3.2 Cấu tạo lớp nhũ tương................................................................................19
Hình 3.3 Cấu trúc tinh thể bạc...................................................................................19
Hình 3.4 Cấu toạ máy X - Quang..............................................................................21
Hình 3.5 Ảnh hưởng từ cấu tạo máy lên chùm tia.....................................................21
Hình 3.6 Ảnh hưởng từ điện áp lên film....................................................................21
Hình 3.7 Quan hệ giữa cường độ và khoảng cách.....................................................22
Hình 3.8 Ảnh hưởng đo độ dày.................................................................................22
Hình 3.9 Biểu thức quan hệ cường độ sáng...............................................................23
Hình 3.10 Ảnh hưởng của hiện tươgnj quantum mottle............................................24
Hình 3.11 Hình dạng, kích thước ảnh trên phim so với thực tế.................................25
Hình 3.12 Cơng thức tính hệ số khuêch đại...............................................................25


Hình 3.13 Một số kiểu lối vào phịng tối...................................................................25
Hình 3.14 Cấu tạo của máy xử lý ảnh X-quang tự động...........................................29
Hình 3.15 Hệ thống CR.............................................................................................30
Hình 3.16 Tấm photpho nhận ảnh.............................................................................31
Hình 3.17 Quả trình nhận ảnh xảy ra bên trong tấm nhận ảnh..................................31
Hình 3.18 Tương tác giữa laser và lớp photpho........................................................32
Hình 3.19 Q trình qt và mã hóa ảnh...................................................................32
Hình 3.20 Ba lớp của cơng nghệ TFT.......................................................................34
Hình 3.21 Hiệu ứng mờ ảnh và hai loại tinh thể chế tạo lớp phát quang..................34
Hình 3.22 Lớp photodiode........................................................................................35
Hình 3.23 Các DEL và thành phần cấu tạo bên trong...............................................36
Hình 3.24 Mối tương quan giữa hệ số lấp đầu và chất lượng hình ảnh.....................36

Hình 3.25 Hai lớp của cơng nghệ..............................................................................37
Hình 4.1 Dịng FC......................................................................................................40
Hình 4.2 Dịng CF......................................................................................................41
Hình 4.3 Dịng CP......................................................................................................41
Hình 4.4 Dịng GX.....................................................................................................42
Hình 4.5 Bộ điều khiển tia X.....................................................................................42
Hình 4.6 Chân đế điểu khiển MP1.............................................................................43
Hình 4.7 CP120B và CP160B...................................................................................44
Hình 4.8 Ống tia X truyền dẫn...................................................................................45
Hình 4.9 Ống phản chiếu...........................................................................................45
Hình 4.10 Ống cực dương dạng thanh.......................................................................46
Hình 4.11 Ống tia X đơn cực.....................................................................................46
Hình 4.12 Ống tia X lưỡng cực.................................................................................47
Hình 4.13 DRC 2430.................................................................................................48
Hình 4.14 Go-Scan 1510 XR.....................................................................................49
Hình 4.15 HD CR 35 NDT........................................................................................51
Hình 4.16 Quy trình làm việc của Zeiss VoluMax F1500 Thunder..........................52
Hình 4.17 Sự bù đắp cho sự khác biệt về độ dày của tường......................................54
Hình 4.18 Kỹ thuật double wall-double image elip...................................................55
Hình 4.19 Kỹ thuật double wall-double image vng góc........................................56
Hình 4.20 Xác định vị trí sâu của khuyết tật.............................................................57
Hình 4.21 Kỹ thuật kiểm tra trực tuyến.....................................................................58


Hình 4.22 Kỹ thuật tiếp tuyến cho kiểm tra trực tuyến.............................................59
Hình 4.23 Chụp X quang bằng đèn flash một đoạn ống cách nhiệt..........................60
Hình 5.1 Hình ảnh minh hoạ......................................................................................64
Hình 5.2 Sơ đồ cơ bản của một phòng chụp X quang sử dụng bức xạ tia X.............68
Hình 5.3 Sơ đồ vị trí đo với thiết bị phát tia X và khu vực đặt nguồn phóng xạ.......68

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Khả năng đâm xuyên của tia X đối với các loại vật liệu..............................9
Bảng 2.1 Bề dày tối thiểu của bộ lọc tổng cộng khi vận hành máy X-quang............17
Bảng 3.1 Bảng giá trị mật độ trên film......................................................................23
Bảng 3.2 So sánh CR và DR......................................................................................38
Bảng 4.1 Thông số CP120B và CP160B...................................................................44
Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật DRC 2430 NDT...........................................................48
Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật Go-Scan 1510 XR......................................................50
Bảng 5.1 Loại bức xạ và trọng số bức xạ..................................................................62
Bảng 5.2 Trọng số W(T) tại một số bộ phận.............................................................62
Bảng 5.3 Quy chuẩn liều tích luỹ cho phép của bức xạ.............................................64
Bảng 5.4 Giá trị giới hạn liều tiếp tiếp xúc tối đa cho phép trong một năm..............65


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1

Lịch sử phát hiện tia X

Năm 1895, nhà bác học Rơnghen đã làm thí nghiệm với ống Catot. Trong thí
nghiệm Rơnghen nhận thấy có tồn tại của một bức xạ lạ nên gọi nó là tia X
Mỗi chùm tia catot tức là chùm electron có năng lượng lớn đập vào một vật rắn thì
vật đó phát ra tia X.

Hình 1.1 Nhà bác học Rơnghen

1.2 Thang sóng điện từ
Sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X, tia gamma đều
có cùng bản chất là sóng điện từ, chúng chỉ khác nhau về tần số hay bước sóng. Các

sóng này tạo nên một phổ liên tục gọi là thang sóng điện từ.
Tia X có bước sóng từ 0,01 đến 10 nm

1


Hình 1.2 Phổ điện từ

Gọi là tia X là vì:
 Tia X và tia Gamma có bước sóng nhỏ nhất trong thang sóng điện từ 
Mang năng lượng cao nhất, độ định hướng cao nhất.
 Lưỡng tính sóng – hạt: Khi bước sóng thấp thì tính chất hạt thể hiện mạnh
hơn so với tính chất sóng. Những sóng điện từ có bước sóng càng nhỏ thì tính
chất hạt càng rõ nét. Tác dụng thể hiện tính hạt: Đâm xuyên mạnh, quang
điện, phát quang, ion hóa ...
Kết luận: do bước sóng của tia X nhỏ nên tính chất hạt được thể hiện rõ nét hơn tính
chất song nên người ta gọi là tia X.
1.3 Phương pháp RT sử dụng ống phóng tia X
Chiếu qua vật cần kiểm tra để tìm kiếm các khuyết tật hoặc kiểm tra các đặc tính bị
ẩn. Khi đi qua đối tượng, chùm tia phóng xạ bị suy yếu đi, mức độ suy yêu phụ
thuộc vào chiều dày, đặc tính vật liệu. Khi đi qua các vùng có khuyết tật, ví dụ như
rỗ khí hoặc vùng vật liệu không đồng nhất, cường độ chùm tia bị suy giảm khác đi.
Trên tấm film (được đặt sau vật kiểm tra) sẽ thấy tấm ảnh có các vùng sẫm màu
khác nhau.

2


Hình 1.3 Phổ điện từ

Đó chính là khu vực khuyết tật của đối tượng. Ưu điểm của RT là cho kết quả tin
cậy, số liệu có thể kiểm tra được. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là
không cho ta biết về chiều sâu khuyết tật và nó cũng có nguy cơ gây ra độc hại
phóng xạ và làm gián đoạn các công việc khác trên công trường.
Nếu chỉ đo theo một góc độ thì sẽ khơng biết được chiều sâu hoặc bề dày của khuyết
tất.  Dùng phương pháp chụp cắt lớp vi tính.
1.4 Ứng dụng


Sử dụng trong y học khi chuẩn đốn và chữa bệnh

Hình 1.4 Chụp X quang trong y tế.

3



Sử dụng trong cơng nghiệp để tìm ra những khuyết tật trong các vật đúc kim
loại hoặc trong các tinh thể

Hình 1.5 Tia X sử dụng để tìm khuyết tật trong cơng nghiệp

Các lỗi có thể phát hiện ra qua thử nghiệm khơng phá hủy chụp ảnh phóng xạ
 Khơng gian rỗng do co ngót khi đơng cứng;
 Rỗ khí;
 Nứt;
 Cháy cạnh;
 Kênh khí;
 Ngậm xỉ, tạp chất rắn (Đồng hoặc Wolfram);
 Không ngấu;

 Hàn không thấu;
 Lỗi về hình dạng hình học;
 Bắn tóe hàn.
 Sử dụng trong giao thông khi kiểm tra hành lý của khách đi máy bay

Hình 1.6 Tia X ứng dụng quyết hành lý

4


 Sử dụng trong phịng thí nghiệm khi nghiên cứu thành phần và cấu trúc của
vật rắn.
1.5 Ưu điểm nhược điểm của phương pháp tia X
1.5.1





Ưu điểm

Có thể sử dụng kiểm tra hầu hết các loại vật liệu;
Cung cấp ảnh chụp nhìn thấy được và lưu giữ được lâu dài;
Kiểm tra được sự sai hỏng bên trong lòng vật liệu;
Kiểm tra được vật liệu với diện tích lớn.
1.5.2

Nhược điểm

 Bị giới hạn về bề dày kiểm tra;

 Độ nhạy kiểm tra giảm theo bề dày của vật thể kiểm tra.
 Các khuyết tật tách lớp thường không thể phát hiện bằng phương pháp chụp
ảnh bức xạ. Không thể phát hiện được các khuyết tật dạng phẳng một cách dễ
dàng.
 Cần phải xem xét và đảm bảo an toàn bức xạ do sử dụng tia X và Gamma.
 Tương đối đắt tiền so với các phương pháp thử nghiệm không phá hủy khác.
 Phương pháp chụp ảnh phóng xạ rất khó tự động hóa.
1.6 Cách tạo ra tia X
Tia X được phát ra khi các electron hoặc các hạt mang điện khác bị hãm bởi một vật
chắn và xuất hiện trong quá trình tương tác giữa bức xạ với vật chất.
Thơng thường để tạo ra tia X người ta sử dụng electron vì để gia tốc electron địi hỏi
điện thế nhỏ hơn so với các trường hợp dùng các hạt mang điện khác. Tia X được
tạo ra trong ống phát tia Ronghen thường làm bằng thủy tinh hay thạch anh có độ
chân khơng cao, trong đó có hai điện cực catot làm bằng vonfram hay bạch kim sẽ
phát ra electron và anot dạng đĩa nghiêng
so với tia tới.

Hình 1.7 Cấu tạo ống phát tia X

5


Các electron được tạo ra do nung nóng catot. Giữa catot và anot có một điện áp cao
nên các electron được tăng tốc và tới đập vào anot với tốc độ lớn. Nếu electron tới
có năng lượng đủ lớn làm các electron ở mức năng lượng bên trong chuyển lên mức
năng lượng bên ngoài. Khi electron này về lại mức năng lượng bên trong thì sẽ bức
xạ ra photon tia X với năng lượng bằng hiệu các mức năng lượng tương ứng theo
mơ hình ngun tử Bohr.
Nếu tồn bộ năng lượng của electron đều chuyển thành năng lượng của photon tia X
thì năng lượng photon tia X được liên hệ với điện thế kích thích U theo cơng thức:

Khi đó photon tia X có năng lượng lớn nhất (hay bước sóng ngắn nhất). Thực tế chỉ
khoảng 1% năng lượng của tia electron được chuyển thành tia X, phần lớn bị tiêu
tán dưới dạng nhiệt làm anot nóng lên và người ta phải làm nguội anot bằng nước.
Trước kia, người ta dùng ống Rơnghen, sau này người ta dùng ống Coolidge (Cu-litgiơ) để tạo ra tia X.
a. Ống Rơn-ghen:
- Cấu tạo:
Ống Rơnghen có dạng một bình cầu (chứa khí có áp suất thấp - gọi là khí kém) bên
trong có 3 điện cực:
+ Catốt có dạng chỏm cầu với tác dụng làm các electron bật ra tập trung tại tâm của
bình cầu.
+ Anot là một điện cực dương ở phía đối diện với catot ở thành bình bên kia.
+ Đối catốt là một điện cực (thường được nối với anot). Ở bề mặt của đối catốt là
một kim loại có nguyên tử lượng lớn, khó nóng chảy.

Hình 1.8 Ống Rơnghen

- Hoạt động:

6


Khi đặt vào giữa anốt và catốt một hiệu điện thế khơng đổi (khoảng vài chục kV) thì
lúc này electron bứt ra từ catốt được tăng tốc rất mạnh. Khi đập vào đối âm cực, các
electron này bị đột ngột hãm lại và phát ra tia X. Người ta gọi tia X là bức xạ hãm.
b. Ống Cu-lít-giơ
- Cấu tạo
Ban đầu, ống Cooligde có dạng một bình hình cầu bên trong là chân khơng, có 2
điện cực:
+ Catot là chỏm cầu có tác dụng làm tập trung các electron về tâm của bình cầu.

+ Một dây tim để nung nóng catot (catốt phát ra electron) được cung cấp điện nhờ
một nguồn điện riêng.
+ Anot là điện cực dương, bề mặt của anot là một lớp kim loại có nguyên tử lượng
lớn, khó nóng chảy. Để giải nhiệt cho anot người ta cho dòng nước chảy luồn bên
trong anot nhờ một ống nhỏ.

Hình 1.9 Thí nghiệm tạo ra tia X

- Hoạt động
Khi đặt một hiệu điện thế (một chiều hoặc xoay chiều) vào hai cực của ống Coolidge
thì electron sẽ được tăng tốc mạnh và đập vào anot, xuyên vào lớp vỏ nguyên tử của
chất làm anot, tương tác với các lớp electron ở các lớp trong cùng và phát ra tia X.
Hiệu điện thế ở hai cực của ống Cu-lít-giơ từ vài chục kV đến khoảng 120 kV.
Hiện nay người ta đã chế tạo các loại ống tia X có hình dạng khác nhau nhưng về
nguyên tắc thì vẫn giống ống Coolidge ban đầu.
1.7

Tính chất của tia X

Từ cách người ta tạo ra tia X, có thể dễ dàng thấy rằng tia X là một dạng bức xạ điện
từ. Bản chất là sự kết hợp của điện trường và từ trường. Tia X là một luồng photon
mang năng lượng nên nó có tính chất hạt.
7


Tính chất sóng của tia X được thể hiện qua ví dụ nhiễu xạ tia X trên bề mặt chất rắn.
Thí nghiệm được miêu tả như hình:

Hình 1.10 Thí nghiệm nhiễu xạ tia X

Chiếu tia X lên bề mặt chất rắn làm các electron dao động xung quang vị trí cân
bằng của chúng, khi electron bị hãm sẽ phát xạ tia X. Quá trình hấp thụ và tái phát
xạ bức xạ electron này được gọi là nhiễu xạ. Các sóng nhiễu xạ của các nguyên tử sẽ
giao thoa với nhau, nếu các sóng cùng pha thì xuất hiện cực đại giao thao, nếu
ngược pha thì giao thoa triệt tiêu. Kết quả từ thí nghiệm này cho ta các cực đại và
cực tiểu giao thoa. Vì thế, đây là thí nghiệm chứng minh tính chất sóng của tia X.
Tia X có một số tính chất điển hình như sau:
 Bước sóng ngắn, khả năng đâm xuyên tốt.
 Tác dụng mạnh lên kính ảnh
 Làm phát quang một số chất.
 Tác dụng sinh học (lên cơ thể sống) rất mạnh
 Ion hóa các chất khí.
 Tác dụng khơng mong muốn của tia X
Với bước sóng ngắn, tia X có thể đi xuyên qua vật chất một cách dễ dàng và tác
dụng mạnh lên sinh vật sống. Với con người, tia X ở mức độ tiếp xúc khác nhau sẽ
gây rối loạn quá trình trao đổi chất, thay đổi mã di truyền, ...
Ngày nay, các kỹ thuật tiên tiến đã hỗ trợ cho bệnh nhân phải hấp thụ ít tia X hơn
nhưng vẫn đạt hiệu quả trong chẩn đoán và điều trị.
1.8 Khả năng đâm xuyên của tia X
Những tia X có bước sóng từ 0.01 nm đến 0.1nm có khả năng đâm xuyên mạnh hơn
nên được gọi là tia X cứng. Ngược lại, tia X mềm là những tia có khả năng đâm
xuyên kém hơn với bước sóng từ 0.1nm đến khoảng 1nm.
Bảng dưới đây thể hiện khả năng đâm xuyên của tia X đối với các loại vật liệu khác
nhau.
8


Bảng 1.1 Khả năng đâm xuyên của tia X đối với các loại vật liệu

Khi tia X được chiếu vào các vật liệu, một phần sẽ bị hấp thụ và những phần khác đi

qua. Nói chung, năng lượng càng lớn thì lượng tia X đi qua càng lớn. Chính đặc tính
này cho phép chúng ta sửu dụng tia X để chụp được hình ảnh bên trong cơ thể người
hoặc đồ vật. Tia X có thể đi qua gỗ, giấy, vải một cách dễ dàng, đi qua tấm vật liệu
nhôm dày cỡ vài centimet nhưng khơng thể xun qua chì cỡ vài milimet.

CHƯƠNG 2. ỐNG PHÁT TIA X
Ống phát tia X là thiết bị có chức năng chuyển đổi điện năng thành hai dạng năng
lượng khác là năng lượng tia X và nhiệt. Trong đó nhiệt tạo ra là phần năng lượng
khơng mong muốn (hao phí), do đó ống phát tia X được thiết kế sao cho lượng nhiệt
tạo ra là ít nhất và tiêu tán càng nhanh càng tốt.
Ống phát tia X hiện đại gồm 2 thành phần chính là âm cực (cathode), dương cực
(anode) và các bộ phận phụ như: động cơ quay dương cực (rotor và stator), vỏ ống,
hộp chứa, dầu tản nhiệt, cổng giao tiếp…Về nguyên tắc, bản cực âm (cathode) là
một dây tóc kim loại, nơi bức xạ ra các electron nhiệt do tác dụng của dòng điện
chạy qua và một bản cực dương (anode) là nơi các electron đập vào để sinh ra bức
9


xạ hãm. Ống tia X được hút chân không để electron không bị mất năng lượng do va
chạm với các phân tử khí khi đi từ âm cực đến dương cực.

Hình 2.11 Những bộ phận cơ bản của một ống phát tia X thông thường

2.1 Âm cực ( cathode)
Chức năng cơ bản của âm cực (cathode) là giải phóng chùm điện tử (electron), đồng
thời hội tụ chúng lại và nhắm vào dương cực (anode).
Một âm cực điển hình bao gồm hai thành phần chính là dây tóc (filament) và chén
hội tụ (focusing cup). Dây tóc làm bằng những sợi Volfram có hình lị xo xoắn (để
tăng diện tích bức xạ điện tử ) thẳng đứng được gắn chìm vào trong một chén hội tụ
như hình.

Hình 2.12 Cấu trúc cathode của ống tia X gồm sợi đốt Volfram nằm trong chén hội tụ

Vật liệu làm tim đèn thường là hợp kim Volfram và Thorium vì Volfram là một kim
loại nặng, dẫn nhiệt tốt và chịu được nhiệt độ cao (nhiệt độ nóng chảy lên đến
33700C), thorium thường được thêm vào sợi đốt Volfram để tăng cường hiệu suất
phát xạ electron và tăng tuổi thọ tim đèn.
Đa phần cathode các bóng X-quang hiện nay đều có 2 chén hội tụ với 2 sợi tóc
nhằm đáp ứng các chế độ chụp khác nhau. Sợi tóc lớn thường có kích thước dày 1,2
mm dùng để chụp những cơ quan lớn, dày, ở sâu trong cơ thể, cần cơng suất cao; sợi
tóc nhỏ thường có kích thước dày 0,6 mm sử dụng cho những cơ quan nhỏ, mỏng, ở
gần ngồi da, cần cơng suất thấp. Hai sợi tóc này được nung nóng bằng mạch điện
10


với hiệu điện thế khoảng 10V, dòng điện qua sợi tóc có cường độ thay đổi từ 3 đến
7A.
Chùm electron phát ra từ cathode được gia tốc bởi một hiệu điện thế lớn đến đập vào
anode là chùm phân kỳ, chùm này sẽ đập vào anode trên diện tích rộng, làm giảm
hiệu suất phát tia X và làm mờ hình ảnh X-quang. Để khắc phục tình trạng trên,

Hình 2.13 Tác dụng làm thay đổi hình dạng phân bố chùm electron của

chén tội tụ
người ta đưa vào một điện cực bổ sung có hình dạng đặc biệt bao quanh cathode giữ
vai trò hội tụ chùm electron phát ra đập vào anode, điện cực này chính là chén hội tụ
cịn được gọi là điện cực Wehnelt (hình).
Để hội tụ được chùm electron phát ra từ cathode, chén hội tụ phải được tích điện thế
âm (Hình a). Sự chênh lệch điện thế giữa chén hội tụ và cathode càng lớn thì khả
năng làm hội tụ chùm electron sẽ càng cao. Ví dụ như trong hình : chén hội tụ làm

thay đổi hình dạng phân bố chùm electron khi nó có cùng giá trị điện áp với sợi tóc
(Hình b) và chén hội tụ được tích điện thế âm có giá trị lệch khoảng 100 V so với
sợi tóc có tác dụng giảm bề rộng chùm electron mạnh hơn (Hình c).
2.2

Dương cực (anode)

Anode là một tấm kim loại cứng có mật độ phân tử cao, là nơi các electron chuyển
động từ cathode tới đập vào và phát tia X. Anode có nhiệm vụ chuyển một phần
năng lượng của electron thành bức xạ tia X và làm tiêu tán nhiệt lượng được tạo ra
trong quá trình phát tia X. Anode có 2 loại là anode cố định có cơng suất thấp và
anode quay có cơng suất cao.

11