X射线管的外壳封闭了一个高真空腔，阳极和阴极被封闭在该腔中。壳体具有足够高的机械强度和电绝缘强度。作为核心组件的X射线管将高压发生器提供的大部分高压电能消耗为热能，并发射由控制系统设置的射线束。所使用的发射机制是热电子发射，在高压激发下，产生的阳极电子被加速，以很高的速度撞击阳极以发射X射线。

用于工业辐射检测的安检X射线管的外壳主要由玻璃和金属或陶瓷和金属制成。由玻璃和金属制成的外壳的X射线管称为玻璃X射线管。 由陶瓷管和金属管制成的X射线管分为两类，金属陶瓷射线管和波纹陶瓷射线管。金属陶瓷管由不锈钢制成，而不是玻璃管，并用陶瓷材料绝缘。其主要特点是结构坚固，使用寿命长。 波纹陶瓷管也是一种广泛使用的X射线管，它具有与金属陶瓷管相似的特性。工业射线检查中使用的另一种X射线管是微焦点X射线管。

这是X射线管的一种特殊类型。管的焦距可以小到几微米。它使用可以形成非常细的电子束的电子聚焦系统。 微聚焦X射线管的工作电压较低，管电流也小于普通射线管。为了防止X射线管的阳极靶和其他附件过热和损坏，除了使用耐高温材料制成的阳极靶之外，X射线管在工作时还须具有良好的冷却性能。如果冷却不及时，阳极会过热并排出气体，从而降低管的真空度。 严重的过热可能会使目标表面熔化，甚至破裂并掉落，从而使整个管失去工作能力。 

X射线管的阳极体为实心，阳极体的尾部伸出管壳外，并在其上安装了金属散热器以增加散热面积。有些还配备了风扇以加快冷却速度。这种X射线管主要用于便携式X射线机。 用油泵将特殊油箱中的变压器油以一定的流量注入到X射线管的阳极腔中，以冷却阳极靶。 热量被带走，油箱中的变压器油被循环水冷却。该X射线管的冷却效率更高。主要用于移动和固定X射线机。

在大电流X射线机中，使用旋转阳极X射线管。玻璃外壳的阳极的端具有一个线圈作为定子，阳极根部是转子，阳极由带有斜角的圆盘形边缘制成。该X射线管的阳极目标是光盘的整个圆周。当阳极在高速旋转时，它可以迅速消散电子撞击产生的热量。 由于阳极的旋转非常稳定，因此焦点可以保持形状和位置稳定。用旋转阳极制成的X射线管不仅可以聚焦较小，而且可以通过更大的电流。

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