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提到X射線，當然不能繞過就是X射線的產生裝置——X射線管。這是今天的主題。
X射線
X射線(X-ray)是一種波長范圍在0.01納米到10納米之間，對應頻率范圍3×1016 Hz至3×1019 Hz、能量范圍100 eV至100 keV的電磁輻射。
做為電磁輻射的一種
X射線是如何產生的呢？
X射線的產生 /Science Technology
密封管式 X 射線發生器
X射線管的本質是一個在高壓下工作的二極管，包括一個發射電子的陰極和一個收集電子的陽極（即靶材），并密封在高真空的玻璃或陶瓷外殼內。陰極和陽極之間加高壓（XRD和XRF中通常40~60kV），陰極燈絲加熱后產生熱電子，電子束在強電場的作用下，從陰極高速向陽極飛去，打到陽極靶面上，產生X射線。
產生的X射線分為兩類，一類是連續譜，這是由于電子打在陽極靶上，連續減速產生的軔致輻射，另一類是特征X射線峰，無論我們怎么改變加速電壓，這類射線的能量是不變的，只取決于所用的陽極靶材的材料。這是由于陽極靶的原子受到高能電子束轟擊后，低能級的電子受到激發在低能級留下空位，高能級的電子向下躍遷，多余的能量以光子的形式釋放出來，這就是特征X射線的產生機制。
在不同的儀器中，會使用不同的X光譜。在XRD中，只使用特征X射線，其他波長的X射線會使用單色器過濾掉；新型的半導體陣列探測器帶有能量分辨功能，也可以過濾掉其他波長的X射線。而在XRF中，連續譜和特征譜都會參與激發樣品產生熒光X射線。
X射線管的冷卻
X射線管產生X光的效率極低，通常百分之幾都不到，剩下的輸入能量都會轉化為熱能。這個熱能如果不加以處理，足可以熔化金屬靶材。無論是XRF還是XRD，都會帶有X射線管冷卻裝置。對于低功率的X射線管（<200W），通常都是使用風扇冷卻。對于功率在300W以上的X射線管，則使用循環水冷卻。
常規的封閉管，即使使用高熔點的金屬材料，功率只能做到3-4kW，再往上就很困難了。為了提高功率，可以使陽極靶旋轉，這樣電子束就不是始終轟擊靶材的固定位置，從而可以提高電子束流的強度，發出更強的X射線。
理學的X射線管有哪些呢？
如前所述，為了提高X射線管的功率，可以使陽極靶旋轉，由于高速運動的電子流轟擊靶面所產生的熱量，被均勻地分布在轉動的圓環面上，因為承受電子流轟擊的面積因陽極旋轉而大大增加（實際焦點的尺寸不變、空間位置不變）,使熱量分布面積大大增加，從而發射更強的X射線。
旋轉陽極技術于20世紀70年代首次實現商業化應用。理學公司作為旋轉陽極技術的全球領導者，在SmartLab等設備中展現出了技術優勢。理學的旋轉陽極發生器具備卓越的可靠性和使用壽命，功率可達9kW和18kW。
X射線衍射儀（XRD）多使用側窗靶，常用的功率在2kW上下，理學Smartlab SE機型就是使用這種側窗靶。X射線管殼上，通常有4個開口，分別為兩個線焦斑和兩個點焦斑，適用于不同的測試需求，常規的物相鑒定通常使用線焦斑，而織構測試則使用點焦斑。
理學旋轉陽極X射線發生器
當然，除了理學的旋轉陽極技術，
還有適配在其他的需要的X射線管！
下面我們用X熒光光譜儀（XRF）來舉例
能量色散型X射線熒光光譜儀（EDXRF）通常使用5~100W的側窗X射線管如下動圖，臺式EDXRF常用50W的功率，手持式EDXRF常用5W的功率。也有部分EDXRF機型使用端窗X射線管的，比如理學EDXRF機型NEX CG II。
波長色散型X射線熒光光譜儀（WDXRF）一般使用端窗靶，功率3~4kW，其結構示意圖如下圖。理學WDXRF的掃描道Primus系列和固定道Simultix系列，都是使用的端窗靶。
上述X射線管中，無論是端窗還是側窗，無論是固定靶還是旋轉靶都是反射式光管，也是市面上主要的光管類型。近年來，透射式光管也取得了商業化應用，如理學EDXRF機型NEX DE。透射式X射線管的陽極設計與以往有顯著不同，制作工藝較為復雜。陽極端靶材采用濺射鍍膜的方式直接鍍在Be窗內側，電子轟擊這層薄膜產生的X射線可以直接透過靶材和Be窗照射樣品。由于散熱的限制，為了使靶面不至于熔化，通常這種透射式光管功率比較小，以10W左右為常見。透射式光管的好處是具有較高的X射線產生效率和通量密度，12W的功率可獲得具有相當于常規側窗反射式光管50W的激發靈敏度。
在本篇推文中，我們和大家分享了在理學XRD和XRF使用的各種光管。實際應用中，由于不同的需求，X射線管還有很多不同的變體，比如雙靶材的射線管、液態金屬靶等，這些靶材中同時有兩種金屬，可以獲得兩種不同波長的特征X射線；工業透視和醫學診斷的用的X射線管，往往激發電壓遠遠高于XRD和XRF使用的30-60kV，工業CT使用激發電壓甚至能達到200kV以上。這里不在展開，有興趣的可以自行查閱相關資料。
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