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X線管の構造と機能(許容負荷) (過去12年/4問出題)

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🛡️ X線管の構造と機能(許容負荷) のまとめ ▼

短時間許容負荷の平方根比例則

  • 比例関係: 短時間許容負荷は $\sqrt{\text{回転数 } N \times \text{軌道半径 } R}$ に比例。
  • ターゲット角度の関係: 同一実効焦点であれば、ターゲット角度が小さいほど短時間許容負荷は大きい。
  • 波形特性: インバータ式など管電圧リプル百分率が小さいほど、短時間許容負荷は向上。

許容負荷制限因子のまとめ

  • 短時間許容負荷の制限因子: 焦点面の最高温度。
  • 長時間許容負荷の制限因子: X線管装置の最大冷却率および最大蓄熱量。
  • HUの波形係数 $f$: インバータ式( $f = 1.0$ )> 単相2ピーク形( $f \approx 0.74$ )。

※以下の国家試験問題・選択肢は学習支援を目的として引用しています。問題文および選択肢の著作権は厚生労働省に帰属します。解説・補足・分野分類・関連知識の整理は当サイトが独自に作成しています。

67AM5 【診療画像機器学】
X線管装置で正しいのはどれか。
1.長時間許容負荷は焦点面の温度で制限される。
2.短時間許容負荷はX線管装置最大冷却率で定まる。
3.短時間許容負荷は管電圧リプル百分率に影響されない。
4.陽極回転数を3倍にすると短時間許容負荷は3倍になる。
5.同一の実効焦点ではターゲット角度が小さいほど短時間許容負荷は大きい。
正解:5
5. ターゲット角度が小さい → 実焦点は広い → 熱が分散 → 短時間許容負荷アップ

1.2. 焦点面の温度で制限されるのは、主に短時間許容負荷。
長時間許容負荷は、陽極全体の蓄熱量やX線管装置の冷却能力に左右される。
3. 短時間許容負荷は、管電圧リプル百分率の影響を受ける。
電源方式によって負荷曲線が異なる。
4. 短時間許容負荷は陽極回転数の平方根に比例する。したがって回転数を3倍にしても、許容負荷は1.73倍。
68PM5 【診療画像機器学】
回転陽極 X 線管の短時間許容負荷が増加するのはどれか。2つ選べ。
1.回転数を増やす。
2.陽極半径を大きくする。
3.ターゲット角を大きくする。
4.フィラメント電流を大きくする。
5.ターゲット - フィラメント間距離を広げる。
正解:12
1. 回転が速いほど、電子が当たる場所が次々と移動するため、熱が広く分散する。
2. 陽極半径が大きいほど、熱をより広い範囲へ分散できる。

3. ターゲット角を大きくすると、実焦点が小さくなる。
4. フィラメント電流を増やすと電子放出量が増え、管電流が増加しやすくなる。
5. 短時間許容負荷に無関係!
70AM5 【診療画像機器学】
回転陽極 X 線管で焦点軌道半径を 20%大きくした場合の、0.1 s 以下の短時間許容負荷の増加割合に最も近いのはどれか。
1. 5%
2. 7%
3.10%
4.13%
5.15%
正解:3
0.1秒以下の短時間許容負荷 $P$ は、焦点軌道半径 $R$ の平方根に比例する。
$$P \propto \sqrt{R}$$
焦点軌道半径を20%大きくすると、
$$R' = 1.2R$$
したがって、短時間許容負荷の倍率は、
$$\frac{P'}{P} = \sqrt{1.2}$$
$$\sqrt{1.2} \approx 1.095$$
よって、増加割合は、
$$(1.095 - 1) \times 100 \approx 9.5\%$$
76AM5 【診療画像機器学】
回転陽極 X 線管で陽極回転数を 2.5 倍、焦点軌道直径を 1.2 倍にしたとき0.1 秒以下の短時間許容負荷の倍数で最も近いのはどれか。
1.1.4
2.1.7
3.2.0
4.2.4
5.3.0
正解:2
$$P \propto \sqrt{N}\times\sqrt{R}$$
回転数を **2.5倍**、焦点軌道直径を **1.2倍**にすると、
$$\frac{P'}{P}
=\sqrt{2.5}\times\sqrt{1.2}
=\sqrt{2.5\times1.2}
=\sqrt{3.0}$$

$$\sqrt{3.0}\approx1.73$$