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熱電子エックス線管は、クーリッジ管とも呼ばれ、エックス線を発生させるための真空管です。真空状態にしたガラス管の中に陰極と陽極と呼ばれる二つの電極が設置されており、高電圧をかけられます。陰極にはフィラメントがあり、電流を流して加熱することで熱電子を発生させます。この熱電子を陽極に向かって高電圧で加速し、陽極である金属の標的に衝突させることでエックス線を発生させるのです。陰極はタングステンなどの金属で作られており、電流を流すことで加熱されます。加熱された陰極からは、熱電子と呼ばれる電子が放出されます。この熱電子は、陰極と陽極の間にかけられた高電圧によって加速され、陽極に向かって高速で移動します。陽極は、通常タングステンやモリブデンなどの高融点金属で作られており、高速の電子が衝突しても損傷しにくいようになっています。電子が陽極に衝突すると、電子の運動エネルギーの一部がエックス線に変換されます。このエックス線は、あらゆる方向に放射されますが、管の特定の部分には窓が設けられており、そこからエックス線を取り出せるようになっています。エックス線の発生には、主に二つの機構があります。一つは制動放射と呼ばれる現象で、高速の電子が標的原子の原子核付近を通過する際に、その電場によって急激に減速され、失った運動エネルギーがエックス線として放出されるものです。もう一つは特性エックス線と呼ばれるもので、高速電子が標的原子の内殻電子を弾き飛ばし、外殻から電子が遷移する際に、そのエネルギー差がエックス線として放出される現象です。熱電子エックス線管は、医療診断や工業検査をはじめ、様々な分野で利用されています。医療分野では、レントゲン撮影やコンピュータ断層撮影（ＣＴ）などに用いられ、体内の骨や臓器の状態を検査することができます。工業分野では、材料の内部欠陥の検査や非破壊検査などに利用されています。このように、熱電子エックス線管は現代社会において欠かせない技術となっています。ただし、エックス線の発生効率は１％以下と非常に低く、大部分のエネルギーは熱に変換されてしまうため、冷却機構が必要となります。