概述

        “哪些环境条件会影响X射线管的使用寿命？”是客户经常向厂商提出的问题。本章将通过阐述已知的X光管原理从而说明达到最长使用寿命的注意事项。

故障类型

温度范围

         X射线管最常见的故障就是不能对正常运行期间产生的热量进行充分的散热。99%以上的电子束动能以热量的形式转化在阳极靶上，比如，一个50 W的X射线管仅转换过程就会产生约49.8 W的热能，再加上螺旋形钨丝产生的热能，因此，散热是影响寿命的一个重要因素。

          对于X射线管本身，由于不充分散热造成的故障可以两种形式出现。第一种就是阳极靶材料的单纯升华。阳极靶材料直接从固态变为气态（升华）产生的气体会快速破坏掉正常运行所需的内部超高真空。超高真空被破坏后，X射线管就变得不能承受阴极电子源（螺旋形钨丝）和阳极靶之间的高压差。X射线管开始短路或燃弧，进而产生更多的气体，进一步破坏内部真空，最终将导致X射线管无法使用。

          第二种故障形式是不当散热造成有害离子的释放。如果X射线管阳极超过了靶材料的蒸汽压力点，就会有离子被释放出来。释放出来的离子被吸引回螺旋形钨丝上，然后会通过离子清洗作用腐蚀灯丝。这会导致灯丝提前失效，表现为灯丝损坏或开路。

          要防止这两种故障形式发生，可以通过避免X射线管过热来实现。也就是说，要严格监控冷却电路，设置冷却系统失效后的故障保护机制。牛津仪器的封装式X射线管集成了过热保护功能，能够防止此类故障出现。

          因此，X射线管可接受的运行温度范围与散热设计有关。X射线管在对温度范围的承受力上有所不同，有些低至50℃，有些则可达100℃。我们强烈建议，任何X射线管的设计都必须仔细测量运行温度范围，保证选定的范围不会让X射线管过热。

环境考量

          大多数X射线管采用铍窗作为发射出口或让X射线直接从玻璃外壳中发射出来。是否要选择带有铍窗的X射线管取决于具体应用，比如低能通量和安装要求等都会影响选择决策。如果您选择有铍窗的X射线管，则必须注意其特定的环境要求。铍窗由高纯度铍金属构成，一般为125微米厚。处于金属形态上，铍非常易溶于极性溶剂。水、酒精和酸等都是极性溶剂。因此，您必须保证铍窗不会长时间曝露于此类溶剂中，因为这些溶剂会腐蚀铍窗，破坏X射线管内部的高真空状态，进而导致X射线管失效。如铍窗需要清洁，请使用棉签和丙酮（非极性溶剂）擦拭。

          还有，由于X射线管的出射窗常暴露在试样室中，因此应保证要分析的试样不会释放出极性溶剂气体，这也是会导致X射线管失效的常见问题。您还需要注意，由于铍窗上的冷凝水会溶解铍金属导致X射线管失效，因此还应避免水汽含量高（湿度大）的环境。如果您要将X射线管应用于更苛刻的环境中，请联系牛津仪器公司在您的铍窗表面覆上一层高分子保护性材料，这种材料会影响X射线管的性能，特别是当电压低于10 kV时，但它可以保护脆弱的铍窗不受腐蚀损坏。

          另外，带铍窗的X射线管是否能在含碳氢化合物的环境中运行取决于分子极性。一般来说，大多数脂肪烃和多数芳香烃对铍窗是安全的。事实上，X射线管制造后头5天内就浸在高压绝缘油和一种低极性碳氢化合物中。碳氢化合物对铍窗最大的危害在于碳氢化合物在铍窗上的沉淀，这会降低铍窗的传输性能。

          多数情况下，这些物质可以通过棉签和丙酮（非极性溶剂）清除。切记，铍的毒性很强，裸露的双手不得碰触铍窗，而且窗口破坏或碎裂后也不得进行清洁。

          最后，带铍窗的X射线管在氦气环境中运行的问题。氦这种很小的原子一般可在X射线光谱中找到，它对铍窗的穿透率很高。因此，当需在这种环境中使用X射线管时，必须仔细考虑设计。只有大于等于125微米的铍窗才可以考虑使用，这是最低的要求，除非铍窗本身拥有像钻石一样高度透明的保护层。

          如果您的需求是带铍窗的X射线管在真空环境中运行，则您必须记住，铍窗材料很脆，因此在分析检测过程中大气压力和真空环境的循环操作非常容易损坏铍窗。这时强烈建议设计一个备用室，这样X射线管可以在次大气压力的环境下运行，无需随每次引入试样重复气压变换的循环操作。如果您需要X射线管在真空环境下运行，请联系牛津仪器公司了解设计详情。