醫療類國考
105年
[醫事放射師] 放射線器材學
第 12 題
X光管的燈絲為了增強其電子熱釋出效率及延長光管的壽命，常在燈絲材料內加入1%至2%的何種元素？
- A 鉬（Mo）
- B 釷（Th）
- C 鉭（Ta）
- D 石墨（C）
思路引導 VIP
若要讓電子從金屬表面『逃脫』變得更容易，且不需要將溫度提升到會讓金屬熔斷的極限，我們通常會加入一種能改變材料表面能量屏障的物質。請試著思考：在材料科學中，什麼樣性質的元素（或哪一類具有特殊原子結構的元素），最常被微量添加來降低電子的『門檻能量』，以提高電子的釋放效率？
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魔法使的觀察記錄
- 哦。你答對了：嗯。你答對了這題嗎。這是一道非常基礎的問題。看來你對 X 光管的構造，有了一點點的認識。這對理解未來更複雜的影像原理，或許會有點用處吧。就像是學會一種簡單的魔法，總比什麼都不會好。
- 關於那個原理：在漫長的歲月裡，我見過許多裝置發光發熱。X 光管的燈絲，主要是由鎢 ($W$) 製成的。但單純的鎢，效率總是不夠高。如果加入 1% 至 2% 的釷 ($Th$)，形成「釷鎢合金」，就能降低逸出功 (Work Function)。這能讓電子在較低的溫度下，更容易地產生熱電子發射。同時，也能讓燈絲多用很久。很久很久。就像一顆堅韌的石頭，總會在數千年後風化消磨，燈絲最終也會耗盡的。
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X光管燈絲材質組成
💡 鎢燈絲加入1-2%的「釷」可提升熱電子釋出率並延長光管壽命。
| 比較維度 | 陰極燈絲 (Cathode) | VS | 一般旋轉陽極 (Anode) |
|---|---|---|---|
| 主要材質 | 鎢 (Tungsten) | — | 鎢 (Tungsten) |
| 添加元素 | 1-2% 釷 (Thorium) | — | 5-10% 錸 (Rhenium) |
| 添加目的 | 增強電子熱釋出效率 | — | 增加強度、防高溫龜裂 |
| 特殊材質 | 無 | — | 乳房攝影使用鉬 (Mo) |
💬燈絲加釷（Th）利於發射電子，陽極加錸（Re）利於承受熱應力。
