Đèn phát tia X hay ống phát tia X, đèn tia Rơnghen, X-ray tube là một loại đèn điện tử chân không có thể phát ra tia X.

Nguyên lý hoạt động của ống phát tia X

Đèn gồm cathode được nung nóng để phát xạ điện tử. Chùm điện tử được gia tốc bằng điện áp giữa A-K từ 25-600 kV, hướng về bia anode. Khi đập vào bia anode, các điện tử sẽ bị hãm đột ngột và phát xạ các chùm năng lượng cao là tia X. Điện áp A-K càng cao thì tia X có năng lượng càng cao, bước sóng của nó càng ngắn. Khó khăn kỹ thuật chính nằm ở khi điện tử đập vào anode thì nhiệt độ tại điểm va đập lên tới 2500 °C (4530 °F). Việc bố trí thoát nhiệt dư này trong đèn chân không phải thực hiện bằng các biện pháp đặc biệt.

Cấu tạo của ống phát tia X

Một ống phát tia X đơn giản bao gồm một dây tóc (cực âm - K), tạo ra các electron và cực dương (bia - C) tạo ra tia X khi các electron va chạm vào, được cố định trong một ống thủy tinh được hút chân không. Các ống phát có thể có kích thước tương đối nhỏ với điện áp từ 100 kV đến 150 kV. Các ống phát tia X thường được sử dụng để kiểm tra không phá hủy bằng tia X, kiểm tra ngoại vật, phân tích XRF/XRD và các ứng dụng y tế. Ống phát thường được đặt trong một hộp kim loại chứa dầu cách điện để giảm rò rỉ tia X và làm cho chúng an toàn hơn. Trong các ứng dụng kiểm tra không phá hủy, hộp chứa được bơm khí cách điện thay cho dầu cách điện để giảm trọng lượng của thiết bị tia X.

Vật liệu ống chân không

Ống tia X bằng gốm là ống chân không cách điện của ống tia X được làm bằng gốm thay vì thủy tinh. Chúng có khả năng chịu nhiệt, va đập và chủ yếu được sử dụng trong kiểm tra không phá hủy và XRD. Các ống tia X khác làm bằng gốm sứ cũng được sử dụng trong máy phân tích huỳnh quang tia X cầm tay và ống ion hóa tia X mềm.

Vật liệu bia

Các ống tia X cho XRF và XRD được thiết kế với vật liệu bia khác nhau sử dụng tùy thuộc vào mục tiêu phân tích. Các ống tia X cho XRD có hai loại: cực dương ngắn và cực dương dài. Các ống tia X cho XRD là loại có cực dương nối đất.

Chọn thiết bị phát tia X

Chọn năng lượng bức xạ

Mối quan hệ của điện áp tia X với độ xuyên trong thép hoặc các vật liệu thông thường khác phụ thuộc vào mật độ của vật liệu và đặc tính hấp thụ chùm tia X của vật liệu. Có thể sử dụng bảng hướng dẫn dưới cho vật liệu thép với giá định chất lượng ảnh chụp X quang của giới hạn trên chỉ đạt mức trung bình. Cũng cần phải tính toán cả giới hạn trên và giới hạn dưới với độ dày vật liệu do việc sử dụng điện áp cao hơn điện áp cần thiết để xuyên qua một độ dày nhất định sẽ làm giảm độ tương phản ảnh chụp X quang.

Chọn loại ống phát

Việc lựa chọn loại ống định hướng hoặc ống phát chu vi (panoramic - bia dạng hình que) phụ thuộc vào kỹ thuật kiểm tra chụp ảnh phóng xạ được tiến hành. Các mẫu theo chu vi, chẳng hạn như mối hàn ống, có thể kiểm tra với ống phát panoramic. Cần lưu ý rằng bức xạ tán xạ của các ống phát panoramic thường rất lớn và phải có các biện pháp bảo vệ bổ sung. Các ống tia X định hướng hạn chế bức xạ ở một khu vực nhỏ hơn và có tiêu điểm tương đối nhỏ hơn dẫn đến hình ảnh chụp X quang có chất lượng tốt hơn.

Chọn kích thước điểm bia

Các ống tia X có nhiều các kích cỡ tiêu điểm khác nhau. Tiêu điểm trong ống tia X là khu vực bia tạo ra năng lượng tia X sơ cấp. Kích thước thực tế của bia được xác định bởi mô hình bắn phá điện tử vào mục tiêu. Kích thước tối thiểu của các bia bị giới hạn bởi khả năng chịu nóng chảy của vật liệu và mật độ của các electron bắn phá trên một đơn vị diện tích. Vonfram thường được sử dụng làm vật liệu bia do điểm nóng chảy cao và hiệu quả sản xuất tia X cao. Kích thước tiêu điểm càng nhỏ, hình ảnh X quang càng sắc nét. Thông thường, tiêu điểm có kích thước từ 2 đến 10 mm (milimet), trong dải điện áp từ 100 đến 2.000 kVp. Đối với các ứng dụng đặc biệt như kiểm tra NDT cho ngành hàng không vũ trụ, thiết bị có tiêu điểm đường kính nhỏ hơn 1 mm. Các ống tia X có tiêu điểm kép thường được sử dụng để người vận hành có thể chọn kích thước tiêu điểm và điều kiện vận hành tương thích với yêu cầu về chất lượng kiểm tra. Các máy X-quang đời mới cũng có tiêu điểm nhỏ (kích thước điểm trong khoảng 0,2 đến 1 mm) và tiêu điểm siêu nhỏ (kích thước điểm trong khoảng 0,002 đến 1 mm).