Rentgenová trubice

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 6. května 2022; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Rentgenová trubice je elektrovakuové zařízení určené ke generování rentgenových paprsků , ve kterém dochází ke generování v důsledku brzdného záření elektronů urychlených na energii vyšší než 10 keV a ozařování kovové anody .

Princip činnosti a zařízení

Zářičem je vakuová nádoba se třemi elektrodami : katodou , katodovým vláknem a anodou .

Hlavními konstrukčními prvky rentgenky jsou kovová katoda a anoda (dříve nazývaná také antikatoda ). Při zahřátí katoda emituje elektrony ( dochází k termionické emisi ). Dále díky velkému rozdílu potenciálu mezi katodou a anodou (desítky až stovky kilovoltů) se tok elektronů zrychluje a získává více energie. Výsledný urychlený elektronový paprsek dopadá na kladně nabitou anodu. Když elektrony dosáhnou anody, zažijí prudké zpomalení a okamžitě ztratí většinu získané energie. To vytváří rentgenové brzdné záření . Při procesu zpomalování jde do rentgenového záření pouze asi 1 % kinetické energie elektronu, 99 % energie se přeměňuje na teplo. K zamezení přehřívání anody využívají výkonné rentgenky vodní nebo olejové chlazení a otočnou anodu [1] .

Rentgenky pracují v režimu téměř ploché diody, proto je proud trubicí určen zákonem o síle tří sekund (při konstantní teplotě katody): I a \u003d K⋅U a 3/2 , kde I a je anodový proud, U a je anodové napětí, K - koeficient úměrnosti, individuální pro každou lampu (trubku). Pro regulaci proudu trubicí je počet emitovaných elektronů řízen změnou napětí vlákna.

Typické hodnoty anodového napětí v lékařských trubicích pro radiografii jsou 60…80 kV, proud je desítky miliampérů, takže pulzní výkon je několik kilowattů. Fluoroskopie používá kontinuální režim provozu při proudu několika miliampérů. Pro rentgenovou terapii se pro získání tvrdšího záření používají trubice s anodovým napětím větším než 100 kV.

záření rentgenky

Rentgenové záření vzniká silným urychlením nabitých částic ( brzdné záření ) nebo vysokoenergetickými přechody v elektronových obalech atomů ( charakteristické záření ). Oba efekty se používají v rentgenkách.

Bremsstrahlung

Spektrum brzdného záření je spojité. Vlevo je omezena minimální vlnovou délkou , pak strmě stoupá a dosahuje maxima na vlnové délce , načež mírně klesá a asymptoticky se blíží k nule. $\lambda _{0}$ ${\displaystyle \lambda _{m}\cca {1,5}\lambda _{0))$

$\lambda _{0}={\frac {hc}{eU}}$ [2] ,

kde je anodové napětí rentgenky, je náboj elektronu, je Planckova konstanta, je rychlost světla. S nárůstem anodového napětí se tedy zvyšuje radiační tvrdost: obojí se posouvá směrem ke kratším vlnovým délkám a přibližuje se . Intenzita záření (plocha pod křivkou spektra) roste úměrně druhé mocnině napětí. $U$ $E$ $h$ $C$ $\lambda _{0}$ $\lambda _{m}$ $\lambda _{m}$ $\lambda _{0}$

S rostoucím proudem rentgenkou roste intenzita záření přímo úměrně s proudem, charakter spektra se nemění.

Materiál anody neovlivňuje vlnovou délku spektra brzdného záření (tvrdost záření), ale ovlivňuje celkovou intenzitu záření, která roste přímo úměrně s atomovým číslem chemického prvku, ze kterého je anodové zrcadlo vyrobeno.

Charakteristické záření

Kromě zpomalování (rozptylování) elektronů v elektrickém poli atomových jader dochází současně k vyrážení elektronů z vnitřních elektronových obalů atomů anody. Prázdná místa v obalech jsou obsazena jinými elektrony atomu. V tomto případě je vyzařováno rentgenové záření s energetickým spektrem charakteristickým pro materiál anody ( charakteristické záření , frekvence jsou určeny Moseleyovým zákonem : kde Z je atomové číslo prvku anody, A a B jsou konstanty pro a určitá hodnota hlavního kvantového čísla n elektronového obalu). $\sqrt \nu = A(Z – B),$

Energie charakteristického spektra záření je mnohem menší než energie spektra brzdného záření. Charakteristické spektrum záření je měkčí a je z velké části zachováno sklem rentgenky. V praxi se tedy můžeme domnívat, že působení rentgenového záření v radiografii je určeno pouze deceleračním spektrem. Specifické vlastnosti charakteristického spektra se využívají v některých metodách rentgenové difrakční analýzy a při rentgenové spektrální analýze.

Optické vlastnosti rentgenky

Elektronky používané pro rentgenové zobrazování musí mít kromě nezbytných spektrálních a výkonových charakteristik také určité optické vlastnosti. Jsou určeny velikostí té části povrchu anody (ohniskové skvrny), na kterou přímo dopadá elektronový paprsek a kde vzniká rentgenové záření. Čím menší je ohniskové místo, tím je bodový zdroj podobný zdroji paprsku a tím lepší jsou optické vlastnosti tubusu (maximální rozlišení výsledných snímků). Malá plocha ohniska však omezuje maximální výkon tubusu, protože veškeré uvolněné teplo se rozptýlí na povrch ohniska. Dokonce i když je anodové zrcadlo vyrobeno z wolframu (nejvíce žáruvzdorný kov), ohniskový bod o velikosti 1 mm² nemůže rozptýlit více než 200 W se zapnutou jednosekundovou trubicí. K překonání tohoto omezení se používají rentgenky s rotující anodou. Rotující anoda má tvar komolého kužele, na její boční plochu dopadá tok elektronů. Rozptýlené teplo se neuvolňuje v jednom bodě, ale na kruhu obklopujícím kužel.

Literatura

Bystrov Yu. A., Ivanov S. A. Technologie akcelerátorů a rentgenová zařízení. - M . : Vyšší škola, 1983. - 288 s.

Ivanov S. A., Shchukin G. A. Rentgenové trubice pro technické účely. - L . : Energoatomizdat, 1989. - 200 s. — ISBN 5-283-04435-1 .
Katsman A. Ya. Lékařská rentgenová technologie . - MEDGIZ, 1957. - 647 s.

Viz také

Poznámky

↑ A. N. Kishkovsky, L. A. Tyutin. Lékařská radiologie. - L .: Medicína, Leningrad. oddělení, 1983.
↑ Lékařská radiologie. Ed. Katsman A. Ya. M., Metgiz, 1957

Vakuová elektronická zařízení (kromě katodového paprsku )
Generátor a zesilovací lampy	Trioda tetroda paprsková tetroda Pentoda hexaod sedmičlenná Pentagrid oktod Nonod Magnetron Amplitron Platinotron Virkator Klystron Cestující vlnová lampa Lampa se zpětnou vlnou Gyrotron
jiný	Elektrovakuová dioda Kenotron rentgenová trubice Vakuový fluorescenční indikátor Magické oko Vakuová fotobuňka trubice zesilovače obrazu Fotonásobič Násobič sekundárních elektronů Selectron mechatron
Druhy výkonů	Osmičková Prst Tyč Nuvistor žalud Mayachkovaya Metal-keramické Kombinovaný
Konstrukční prvky	Anoda Katoda přímá záře Nepřímá záře polní emise Fotokatoda Dinod Ohřívač Mřížka manažer Antidynatron Stínění katodické Getter podstavec