Πώς λειτουργούν οι σωλήνες ακτίνων Χ;

2024 Συγγραφέας: Curtis Blomfield | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-15 09:35

Οι ακτίνες Χ δημιουργούνται μετατρέποντας την ενέργεια των ηλεκτρονίων σε φωτόνια, η οποία λαμβάνει χώρα σε ένα σωλήνα ακτίνων Χ. Η ποσότητα (έκθεση) και η ποιότητα (φάσμα) της ακτινοβολίας μπορούν να ρυθμιστούν αλλάζοντας το ρεύμα, την τάση και το χρόνο λειτουργίας της συσκευής.

Αρχή λειτουργίας

Οι σωλήνες ακτίνων Χ (η φωτογραφία δίνεται στο άρθρο) είναι μετατροπείς ενέργειας. Το παίρνουν από το δίκτυο και το μετατρέπουν σε άλλες μορφές - διεισδυτική ακτινοβολία και θερμότητα, που η τελευταία είναι ένα ανεπιθύμητο υποπροϊόν. Ο σχεδιασμός του σωλήνα ακτίνων Χ είναι τέτοιος ώστε να μεγιστοποιεί την παραγωγή φωτονίων και να διαχέει τη θερμότητα όσο το δυνατόν γρηγορότερα.

Ένας σωλήνας είναι μια σχετικά απλή συσκευή, που συνήθως περιέχει δύο θεμελιώδη στοιχεία - μια κάθοδο και μια άνοδο. Όταν το ρεύμα ρέει από την κάθοδο προς την άνοδο, τα ηλεκτρόνια χάνουν ενέργεια, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ακτίνων Χ.

Anode

Η άνοδος είναι το συστατικό που εκπέμπειφωτόνια υψηλής ενέργειας. Αυτό είναι ένα σχετικά ογκώδες μεταλλικό στοιχείο που συνδέεται με τον θετικό πόλο του ηλεκτρικού κυκλώματος. Εκτελεί δύο κύριες λειτουργίες:

μετατρέπει την ενέργεια των ηλεκτρονίων σε ακτίνες Χ,
διαχέει τη θερμότητα.

Το υλικό ανόδου επιλέγεται για να βελτιώσει αυτές τις λειτουργίες.

Ιδανικά, τα περισσότερα από τα ηλεκτρόνια θα πρέπει να σχηματίζουν φωτόνια υψηλής ενέργειας και όχι θερμότητα. Το κλάσμα της συνολικής τους ενέργειας που μετατρέπεται σε ακτίνες Χ (απόδοση) εξαρτάται από δύο παράγοντες:

ατομικός αριθμός (Z) του υλικού ανόδου,
ενέργεια ηλεκτρονίων.

Οι περισσότεροι σωλήνες ακτίνων Χ χρησιμοποιούν βολφράμιο ως υλικό ανόδου, το οποίο έχει ατομικό αριθμό 74. Εκτός από το ότι έχει μεγάλο Z, αυτό το μέταλλο έχει ορισμένα άλλα χαρακτηριστικά που το καθιστούν κατάλληλο για αυτόν τον σκοπό. Το βολφράμιο είναι μοναδικό στην ικανότητά του να διατηρεί αντοχή όταν θερμαίνεται, έχει υψηλό σημείο τήξης και χαμηλό ρυθμό εξάτμισης.

Για πολλά χρόνια, η άνοδος κατασκευαζόταν από καθαρό βολφράμιο. Τα τελευταία χρόνια έχει αρχίσει να χρησιμοποιείται ένα κράμα αυτού του μετάλλου με ρήνιο, αλλά μόνο στην επιφάνεια. Η ίδια η άνοδος κάτω από την επίστρωση βολφραμίου-ρηνίου είναι κατασκευασμένη από ένα ελαφρύ υλικό που αποθηκεύει καλά τη θερμότητα. Δύο τέτοιες ουσίες είναι το μολυβδαίνιο και ο γραφίτης.

Οι σωλήνες ακτίνων Χ που χρησιμοποιούνται για μαστογραφία κατασκευάζονται με άνοδο με επικάλυψη μολυβδαινίου. Αυτό το υλικό έχει έναν ενδιάμεσο ατομικό αριθμό (Z=42) που παράγει χαρακτηριστικά φωτόνια με ενέργειες βολικές γιαγια λήψη φωτογραφιών του στήθους. Ορισμένες συσκευές μαστογραφίας διαθέτουν και δεύτερη άνοδο από ρόδιο (Z=45). Αυτό σας επιτρέπει να αυξήσετε την ενέργεια και να επιτύχετε μεγαλύτερη διείσδυση για σφιχτό στήθος.

Η χρήση κράματος ρηνίου-βολφραμίου βελτιώνει τη μακροπρόθεσμη απόδοση ακτινοβολίας - με την πάροδο του χρόνου, η απόδοση των συσκευών καθαρής ανόδου βολφραμίου μειώνεται λόγω θερμικής βλάβης στην επιφάνεια.

Οι περισσότερες άνοδοι έχουν σχήμα λοξότμητου δίσκου και συνδέονται με έναν άξονα ηλεκτροκινητήρα που τις περιστρέφει με σχετικά υψηλές ταχύτητες ενώ εκπέμπουν ακτίνες Χ. Ο σκοπός της περιστροφής είναι να αφαιρέσει τη θερμότητα.

Εστιακό σημείο

Δεν εμπλέκεται ολόκληρη η άνοδος στη δημιουργία ακτίνων Χ. Εμφανίζεται σε μια μικρή περιοχή της επιφάνειάς του - ένα εστιακό σημείο. Οι διαστάσεις του τελευταίου καθορίζονται από τις διαστάσεις της δέσμης ηλεκτρονίων που προέρχεται από την κάθοδο. Στις περισσότερες συσκευές, έχει ορθογώνιο σχήμα και κυμαίνεται μεταξύ 0,1-2 mm.

Οι Οι σωλήνες ακτίνων Χ έχουν σχεδιαστεί με συγκεκριμένο μέγεθος εστιακού σημείου. Όσο μικρότερο είναι, τόσο λιγότερο θαμπή και ευκρινέστερη είναι η εικόνα, και όσο μεγαλύτερη είναι, τόσο καλύτερη απαγωγή θερμότητας.

Το μέγεθος του εστιακού σημείου είναι ένας από τους παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την επιλογή σωλήνων ακτίνων Χ. Οι κατασκευαστές παράγουν συσκευές με μικρά εστιακά σημεία όταν είναι απαραίτητο να επιτευχθεί υψηλή ανάλυση και αρκετά χαμηλή ακτινοβολία. Για παράδειγμα, αυτό απαιτείται κατά την εξέταση μικρών και λεπτών σημείων του σώματος, όπως στη μαστογραφία.

Οι σωλήνες ακτίνων Χ παράγονται κυρίως με δύο μεγέθη εστιακών κηλίδων, μεγάλο και μικρό, τα οποία μπορούν να επιλεγούν από τον χειριστή σύμφωνα με τη διαδικασία απεικόνισης.

Κάθοδος

Η κύρια λειτουργία της καθόδου είναι να παράγει ηλεκτρόνια και να τα συλλέγει σε μια δέσμη που κατευθύνεται προς την άνοδο. Κατά κανόνα, αποτελείται από μια μικρή συρμάτινη σπείρα (νήμα) βυθισμένη σε μια κοιλότητα σε σχήμα κυπέλλου.

Τα ηλεκτρόνια που διέρχονται από το κύκλωμα συνήθως δεν μπορούν να φύγουν από τον αγωγό και να πάνε στον ελεύθερο χώρο. Ωστόσο, μπορούν να το κάνουν αν έχουν αρκετή ενέργεια. Σε μια διαδικασία γνωστή ως θερμική εκπομπή, η θερμότητα χρησιμοποιείται για την αποβολή ηλεκτρονίων από την κάθοδο. Αυτό γίνεται δυνατό όταν η πίεση στον εκκενωμένο σωλήνα ακτίνων Χ φτάσει τα 10^-6–10^{-7 mmHg. Τέχνη. Το νήμα θερμαίνεται με τον ίδιο τρόπο όπως το νήμα μιας λάμπας πυρακτώσεως όταν διέρχεται ρεύμα μέσα από αυτό. Η λειτουργία του σωλήνα ακτίνων Χ συνοδεύεται από θέρμανση της καθόδου στη θερμοκρασία λάμψης με μετατόπιση μέρους των ηλεκτρονίων από αυτήν με θερμική ενέργεια.}

Μπαλόνι

Η άνοδος και η κάθοδος περιέχονται σε ένα ερμητικά σφραγισμένο δοχείο. Το μπαλόνι και το περιεχόμενό του αναφέρονται συχνά ως ένθετο, το οποίο έχει περιορισμένη διάρκεια ζωής και μπορεί να αντικατασταθεί. Οι σωλήνες ακτίνων Χ έχουν ως επί το πλείστον γυάλινους λαμπτήρες, αν και χρησιμοποιούνται μεταλλικοί και κεραμικοί λαμπτήρες για ορισμένες εφαρμογές.

Η κύρια λειτουργία του μπαλονιού είναι να παρέχει στήριξη και μόνωση για την άνοδο και την κάθοδο και να διατηρεί ένα κενό. Πίεση στον εκκενωμένο σωλήνα ακτίνων Χστους 15°C είναι 1,2 10-3 Pa. Η παρουσία αερίων στο μπαλόνι θα επέτρεπε στον ηλεκτρισμό να ρέει ελεύθερα μέσα από τη συσκευή, και όχι μόνο με τη μορφή δέσμης ηλεκτρονίων.

Υπόθεση

Ο σχεδιασμός του σωλήνα ακτίνων Χ είναι τέτοιος ώστε, εκτός από το ότι περικλείει και υποστηρίζει άλλα εξαρτήματα, το σώμα του χρησιμεύει ως ασπίδα και απορροφά την ακτινοβολία, εκτός από τη χρήσιμη δέσμη που διέρχεται από το παράθυρο. Η σχετικά μεγάλη εξωτερική του επιφάνεια διαχέει μεγάλο μέρος της θερμότητας που παράγεται στο εσωτερικό της συσκευής. Ο χώρος ανάμεσα στο σώμα και το ένθετο γεμίζει με λάδι για μόνωση και ψύξη.

Αλυσίδα

Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα συνδέει τον σωλήνα με μια πηγή ενέργειας που ονομάζεται γεννήτρια. Η πηγή λαμβάνει ρεύμα από το δίκτυο και μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα σε συνεχές ρεύμα. Η γεννήτρια σάς επιτρέπει επίσης να προσαρμόσετε ορισμένες παραμέτρους κυκλώματος:

KV - τάση ή ηλεκτρικό δυναμικό;
MA είναι το ρεύμα που ρέει μέσω του σωλήνα;
S – διάρκεια ή χρόνος έκθεσης, σε κλάσματα δευτερολέπτου.

Το κύκλωμα παρέχει την κίνηση των ηλεκτρονίων. Φορτίζονται με ενέργεια, περνώντας από τη γεννήτρια, και την δίνουν στην άνοδο. Καθώς κινούνται, συμβαίνουν δύο μετασχηματισμοί:

η δυνητική ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια,
Το κινητικό, με τη σειρά του, μετατρέπεται σε ακτίνες Χ και θερμότητα.

Δυνατότητα

Όταν τα ηλεκτρόνια εισέρχονται στον βολβό, έχουν δυναμική ηλεκτρική ενέργεια, η ποσότητα της οποίας καθορίζεται από την τάση KV μεταξύ της ανόδου και της καθόδου. Ο σωλήνας ακτίνων Χ λειτουργείυπό τάση, για να δημιουργηθεί 1 KV εκ των οποίων κάθε σωματίδιο πρέπει να έχει 1 keV. Ρυθμίζοντας το KV, ο χειριστής προικίζει κάθε ηλεκτρόνιο με μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας.

Kinetics

Χαμηλή πίεση στον εκκενωμένο σωλήνα ακτίνων Χ (στους 15°C είναι 10^-6–10^{-7 mmHg.) επιτρέπει στα σωματίδια να πετάξουν έξω από την κάθοδο προς την άνοδο υπό τη δράση της θερμιονικής εκπομπής και της ηλεκτρικής δύναμης. Αυτή η δύναμη τα επιταχύνει, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση της ταχύτητας και της κινητικής ενέργειας και σε μείωση του δυναμικού. Όταν ένα σωματίδιο χτυπά την άνοδο, το δυναμικό του χάνεται και όλη η ενέργειά του μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια. Ένα ηλεκτρόνιο 100-keV φτάνει σε ταχύτητες που υπερβαίνουν τη μισή ταχύτητα του φωτός. Χτυπώντας την επιφάνεια, τα σωματίδια επιβραδύνουν πολύ γρήγορα και χάνουν την κινητική τους ενέργεια. Μετατρέπεται σε ακτίνες Χ ή θερμότητα.}

Τα ηλεκτρόνια έρχονται σε επαφή με μεμονωμένα άτομα του υλικού της ανόδου. Η ακτινοβολία δημιουργείται όταν αλληλεπιδρούν με τροχιακά (φωτόνια ακτίνων Χ) και με τον πυρήνα (bremsstrahlung).

Ενέργεια συνδέσμων

Κάθε ηλεκτρόνιο μέσα σε ένα άτομο έχει μια ορισμένη ενέργεια δέσμευσης, η οποία εξαρτάται από το μέγεθος του τελευταίου και το επίπεδο στο οποίο βρίσκεται το σωματίδιο. Η ενέργεια δέσμευσης παίζει σημαντικό ρόλο στη δημιουργία χαρακτηριστικών ακτίνων Χ και είναι απαραίτητη για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από ένα άτομο.

Bremsstrahlung

Bremsstrahlung παράγει τον μεγαλύτερο αριθμό φωτονίων. Τα ηλεκτρόνια που διεισδύουν στο υλικό της ανόδου και περνούν κοντά στον πυρήνα εκτρέπονται και επιβραδύνονταιη δύναμη έλξης του ατόμου. Η ενέργειά τους που χάνεται κατά τη διάρκεια αυτής της συνάντησης εμφανίζεται ως φωτόνιο ακτίνων Χ.

Spectrum

Μόνο λίγα φωτόνια έχουν ενέργεια παρόμοια με αυτή των ηλεκτρονίων. Τα περισσότερα από αυτά είναι χαμηλότερα. Ας υποθέσουμε ότι υπάρχει ένας χώρος ή ένα πεδίο που περιβάλλει τον πυρήνα στο οποίο τα ηλεκτρόνια υφίστανται μια δύναμη «φρεναρίσματος». Αυτό το πεδίο μπορεί να χωριστεί σε ζώνες. Αυτό δίνει στο πεδίο του πυρήνα την εμφάνιση ενός στόχου με ένα άτομο στο κέντρο. Ένα ηλεκτρόνιο που χτυπά οποιοδήποτε σημείο του στόχου παρουσιάζει επιβράδυνση και δημιουργεί ένα φωτόνιο ακτίνων Χ. Τα σωματίδια που χτυπούν πιο κοντά στο κέντρο επηρεάζονται περισσότερο και επομένως χάνουν την περισσότερη ενέργεια, παράγοντας τα φωτόνια με την υψηλότερη ενέργεια. Τα ηλεκτρόνια που εισέρχονται στις εξωτερικές ζώνες βιώνουν ασθενέστερες αλληλεπιδράσεις και παράγουν χαμηλότερα κβάντα ενέργειας. Αν και οι ζώνες έχουν το ίδιο πλάτος, έχουν διαφορετική περιοχή ανάλογα με την απόσταση από τον πυρήνα. Δεδομένου ότι ο αριθμός των σωματιδίων που πέφτουν σε μια δεδομένη ζώνη εξαρτάται από τη συνολική της επιφάνεια, είναι προφανές ότι οι εξωτερικές ζώνες συλλαμβάνουν περισσότερα ηλεκτρόνια και δημιουργούν περισσότερα φωτόνια. Αυτό το μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πρόβλεψη του ενεργειακού φάσματος των ακτίνων Χ.

Τα

E_max φωτόνια του κύριου φάσματος bremsstrahlung αντιστοιχούν σε E_{max ηλεκτρόνια. Κάτω από αυτό το σημείο, καθώς μειώνεται η ενέργεια των φωτονίων, ο αριθμός τους αυξάνεται.}

Ένας σημαντικός αριθμός φωτονίων χαμηλής ενέργειας απορροφάται ή φιλτράρεται καθώς προσπαθούν να περάσουν από την επιφάνεια της ανόδου, το παράθυρο του σωλήνα ή το φίλτρο. Το φιλτράρισμα εξαρτάται γενικά από τη σύνθεση και το πάχος του υλικού μέσω του οποίουη δέσμη διέρχεται, η οποία καθορίζει την τελική μορφή της καμπύλης χαμηλής ενέργειας του φάσματος.

KV Επιρροή

Το υψηλής ενέργειας τμήμα του φάσματος καθορίζεται από την τάση σε σωλήνες ακτίνων Χ kV (κιλοβολτ). Αυτό συμβαίνει επειδή καθορίζει την ενέργεια των ηλεκτρονίων που φτάνουν στην άνοδο και τα φωτόνια δεν μπορούν να έχουν δυναμικό μεγαλύτερο από αυτό. Με ποια τάση λειτουργεί ο σωλήνας ακτίνων Χ; Η μέγιστη ενέργεια φωτονίων αντιστοιχεί στο μέγιστο εφαρμοζόμενο δυναμικό. Αυτή η τάση μπορεί να αλλάξει κατά τη διάρκεια της έκθεσης λόγω του ρεύματος AC. Σε αυτήν την περίπτωση, το E_max ενός φωτονίου καθορίζεται από την τάση αιχμής της περιόδου ταλάντωσης KV_p.

Εκτός από το κβαντικό δυναμικό, το KV_p καθορίζει την ποσότητα ακτινοβολίας που δημιουργείται από έναν δεδομένο αριθμό ηλεκτρονίων που χτυπούν την άνοδο. Εφόσον η συνολική απόδοση του bremsstrahlung αυξάνεται λόγω της αύξησης της ενέργειας των ηλεκτρονίων που βομβαρδίζουν, η οποία καθορίζεται από το KV_p, προκύπτει ότι KV_{pεπηρεάζει την απόδοση της συσκευής.}

Αλλαγή KV_{p αλλάζει συνήθως το φάσμα. Το συνολικό εμβαδόν κάτω από την ενεργειακή καμπύλη είναι ο αριθμός των φωτονίων. Χωρίς φίλτρο, το φάσμα είναι τρίγωνο και η ποσότητα της ακτινοβολίας είναι ανάλογη του τετραγώνου των KV. Με την παρουσία ενός φίλτρου, η αύξηση του KV αυξάνει επίσης τη διείσδυση των φωτονίων, γεγονός που μειώνει το ποσοστό της φιλτραρισμένης ακτινοβολίας. Αυτό οδηγεί σε αύξηση της παραγωγής ακτινοβολίας.}

Χαρακτηριστική ακτινοβολία

Ο τύπος αλληλεπίδρασης που παράγει το χαρακτηριστικόακτινοβολία, περιλαμβάνει τη σύγκρουση ηλεκτρονίων υψηλής ταχύτητας με τροχιακά. Η αλληλεπίδραση μπορεί να συμβεί μόνο όταν το εισερχόμενο σωματίδιο έχει E_k μεγαλύτερη από την ενέργεια δέσμευσης στο άτομο. Όταν πληρούται αυτή η συνθήκη και συμβεί σύγκρουση, το ηλεκτρόνιο εκτοξεύεται. Σε αυτή την περίπτωση, παραμένει μια κενή θέση, η οποία συμπληρώνεται από ένα σωματίδιο υψηλότερου ενεργειακού επιπέδου. Καθώς το ηλεκτρόνιο κινείται, εκπέμπει ενέργεια, η οποία εκπέμπεται με τη μορφή κβαντικού ακτίνων Χ. Αυτό ονομάζεται χαρακτηριστική ακτινοβολία, αφού το Ε ενός φωτονίου είναι χαρακτηριστικό του χημικού στοιχείου από το οποίο κατασκευάζεται η άνοδος. Για παράδειγμα, όταν ένα ηλεκτρόνιο από το επίπεδο K του βολφραμίου με E_bond=69,5 keV σβήσει, η κενή θέση συμπληρώνεται από ένα ηλεκτρόνιο από το επίπεδο L με E _{bond=10, 2 keV. Το χαρακτηριστικό φωτόνιο ακτίνων Χ έχει ενέργεια ίση με τη διαφορά μεταξύ αυτών των δύο επιπέδων, ή 59,3 keV.}

Στην πραγματικότητα, αυτό το υλικό ανόδου έχει ως αποτέλεσμα μια σειρά από χαρακτηριστικές ενέργειες ακτίνων Χ. Αυτό συμβαίνει επειδή τα ηλεκτρόνια σε διαφορετικά ενεργειακά επίπεδα (K, L, κ.λπ.) μπορούν να εξαλειφθούν βομβαρδίζοντας σωματίδια και οι κενές θέσεις μπορούν να καλυφθούν από διαφορετικά επίπεδα ενέργειας. Αν και η πλήρωση κενών θέσεων σε επίπεδο L δημιουργεί φωτόνια, οι ενέργειές τους είναι πολύ χαμηλές για να χρησιμοποιηθούν στη διαγνωστική απεικόνιση. Σε κάθε χαρακτηριστική ενέργεια δίνεται ένας χαρακτηρισμός που υποδεικνύει το τροχιακό στο οποίο σχηματίστηκε το κενό, με έναν δείκτη που υποδεικνύει την πηγή πλήρωσης ηλεκτρονίων. Ο δείκτης άλφα (α) δείχνει την κατάληψη ενός ηλεκτρονίου από το επίπεδο L και το βήτα (β) δείχνειγέμιση από το επίπεδο Μ ή Ν.

Φάσμα βολφραμίου. Η χαρακτηριστική ακτινοβολία αυτού του μετάλλου παράγει ένα γραμμικό φάσμα που αποτελείται από πολλές διακριτές ενέργειες, ενώ το bremsstrahlung δημιουργεί μια συνεχή κατανομή. Ο αριθμός των φωτονίων που παράγονται από κάθε χαρακτηριστική ενέργεια διαφέρει στο ότι η πιθανότητα πλήρωσης μιας κενής θέσης σε επίπεδο Κ εξαρτάται από το τροχιακό.

Φάσμα μολυβδαινίου. Οι άνοδοι αυτού του μετάλλου που χρησιμοποιούνται για τη μαστογραφία παράγουν δύο μάλλον έντονες χαρακτηριστικές ενέργειες ακτίνων Χ: Κ-άλφα στα 17,9 keV και Κ-βήτα στα 19,5 keV. Το βέλτιστο φάσμα των σωλήνων ακτίνων Χ, το οποίο επιτρέπει την επίτευξη της καλύτερης ισορροπίας μεταξύ της δόσης σκιαγραφικού και ακτινοβολίας για μεσαίου μεγέθους μαστούς, επιτυγχάνεται σε E_{ph=20 keV. Ωστόσο, το bremsstrahlung παράγεται σε υψηλές ενέργειες. Ο εξοπλισμός μαστογραφίας χρησιμοποιεί ένα φίλτρο μολυβδαινίου για να αφαιρέσει το ανεπιθύμητο μέρος του φάσματος. Το φίλτρο λειτουργεί με την αρχή "K-edge". Απορροφά ακτινοβολία που υπερβαίνει την ενέργεια δέσμευσης των ηλεκτρονίων στο επίπεδο Κ του ατόμου του μολυβδαινίου.}
Φάσμα ροδίου. Το ρόδιο έχει ατομικό αριθμό 45, ενώ το μολυβδαίνιο έχει ατομικό αριθμό 42. Επομένως, η χαρακτηριστική εκπομπή ακτίνων Χ μιας ανόδου ροδίου θα έχει ελαφρώς υψηλότερη ενέργεια από αυτή του μολυβδαινίου και είναι πιο διεισδυτική. Χρησιμοποιείται για την απεικόνιση πυκνών μαστών.

Οι άνοδοι μολυβδαινίου-ροδίου διπλής επιφάνειας επιτρέπουν στον χειριστή να επιλέξει μια κατανομή βελτιστοποιημένη για διαφορετικά μεγέθη και πυκνότητες στήθους.

Σε ποια τάση λειτουργεί η ακτινογραφία;ένας σωλήνας

Επίδραση του KV στο φάσμα

Η τιμή του KV επηρεάζει πολύ τη χαρακτηριστική ακτινοβολία, αφού δεν θα παραχθεί εάν το KV είναι μικρότερο από την ενέργεια των ηλεκτρονίων επιπέδου Κ. Όταν το KV υπερβαίνει αυτό το όριο, η ποσότητα ακτινοβολίας είναι γενικά ανάλογη με τη διαφορά μεταξύ του σωλήνα KV και του κατωφλίου KV.

Το ενεργειακό φάσμα των φωτονίων ακτίνων Χ που εξέρχονται από το όργανο καθορίζεται από διάφορους παράγοντες. Κατά κανόνα, αποτελείται από bremsstrahlung και χαρακτηριστικά κβάντα αλληλεπίδρασης.

Η σχετική σύνθεση του φάσματος εξαρτάται από το υλικό της ανόδου, το KV και το φίλτρο. Σε ένα σωλήνα με άνοδο βολφραμίου, δεν παράγεται χαρακτηριστική ακτινοβολία στα KV< 69,5 keV. Σε υψηλότερες τιμές CV που χρησιμοποιούνται σε διαγνωστικές μελέτες, η χαρακτηριστική ακτινοβολία αυξάνει τη συνολική ακτινοβολία έως και 25%. Στις συσκευές μολυβδαινίου, μπορεί να αποτελέσει μεγάλο μέρος της συνολικής γενιάς.

Αποτελεσματικότητα

Μόνο ένα μικρό μέρος της ενέργειας που παρέχεται από τα ηλεκτρόνια μετατρέπεται σε ακτινοβολία. Το κύριο μέρος απορροφάται και μετατρέπεται σε θερμότητα. Η απόδοση ακτινοβολίας ορίζεται ως η αναλογία της συνολικής ακτινοβολούμενης ενέργειας από τη συνολική ηλεκτρική ενέργεια που μεταδίδεται στην άνοδο. Οι παράγοντες που καθορίζουν την απόδοση ενός σωλήνα ακτίνων Χ είναι η εφαρμοζόμενη τάση KV και ο ατομικός αριθμός Z. Ένα παράδειγμα σχέσης είναι η εξής:

Αποτελεσματικότητα=KV x Z x 10-6.

Η σχέση μεταξύ απόδοσης και KV έχει συγκεκριμένο αντίκτυπο στην πρακτική χρήση του εξοπλισμού ακτίνων Χ. Λόγω της απελευθέρωσης θερμότητας, οι σωλήνες έχουν ένα ορισμένο όριο στην ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειαςτην ενέργεια που μπορούν να διαλύσουν. Αυτό επιβάλλει έναν περιορισμό στην ισχύ της συσκευής. Καθώς αυξάνεται το KV, ωστόσο, η ποσότητα της ακτινοβολίας που παράγεται ανά μονάδα θερμότητας αυξάνεται σημαντικά.

Η εξάρτηση της αποτελεσματικότητας της παραγωγής ακτίνων Χ από τη σύνθεση της ανόδου έχει μόνο ακαδημαϊκό ενδιαφέρον, καθώς οι περισσότερες συσκευές χρησιμοποιούν βολφράμιο. Εξαίρεση αποτελούν το μολυβδαίνιο και το ρόδιο που χρησιμοποιούνται στη μαστογραφία. Η απόδοση αυτών των συσκευών είναι πολύ χαμηλότερη από το βολφράμιο λόγω του χαμηλότερου ατομικού τους αριθμού.

Αποτελεσματικότητα

Η απόδοση ενός σωλήνα ακτίνων Χ ορίζεται ως η ποσότητα έκθεσης, σε milliroentgens, που παρέχεται σε ένα σημείο στο κέντρο της χρήσιμης δέσμης σε απόσταση 1 m από το εστιακό σημείο για κάθε 1 mAs ηλεκτρόνια που διέρχονται από τη συσκευή. Η τιμή του εκφράζει την ικανότητα της συσκευής να μετατρέπει την ενέργεια των φορτισμένων σωματιδίων σε ακτίνες Χ. Σας επιτρέπει να προσδιορίσετε την έκθεση του ασθενούς και την εικόνα. Όπως η απόδοση, η απόδοση της συσκευής εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως KV, κυματομορφή τάσης, ζημιά υλικού και επιφάνειας ανόδου, φίλτρο και χρόνο χρήσης.

Έλεγχος KV

Το KV ελέγχει αποτελεσματικά την έξοδο του σωλήνα ακτίνων Χ. Γενικά θεωρείται ότι η έξοδος είναι ανάλογη του τετραγώνου του KV. Ο διπλασιασμός των KV αυξάνει την έκθεση κατά 4 φορές.

Κυματομορφή

Η Κυματομορφή περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο το KV αλλάζει με την πάροδο του χρόνου κατά τη διάρκεια της παραγωγήςακτινοβολία λόγω της κυκλικής φύσης του τροφοδοτικού. Χρησιμοποιούνται πολλές διαφορετικές κυματομορφές. Η γενική αρχή είναι ότι όσο λιγότερο αλλάζει το σχήμα KV, τόσο πιο αποτελεσματικά παράγονται οι ακτίνες Χ. Ο σύγχρονος εξοπλισμός χρησιμοποιεί γεννήτριες με σχετικά σταθερό KV.

Σωλήνες ακτίνων Χ: κατασκευαστές

Η Η Oxford Instruments παράγει μια ποικιλία συσκευών, συμπεριλαμβανομένων συσκευών γυαλιού έως 250 W, δυναμικού 4-80 kV, εστιακού σημείου έως 10 microns και μεγάλης γκάμα υλικών ανόδου, όπως Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh, Ti, W.

Η Varian προσφέρει πάνω από 400 διαφορετικούς τύπους ιατρικών και βιομηχανικών σωλήνων ακτίνων Χ. Άλλοι γνωστοί κατασκευαστές είναι οι Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong, κ.λπ.

Οι σωλήνες ακτίνων Χ "Svetlana-Rentgen" παράγονται στη Ρωσία. Εκτός από τις παραδοσιακές συσκευές με περιστρεφόμενη και σταθερή άνοδο, η εταιρεία κατασκευάζει συσκευές με ψυχρή κάθοδο ελεγχόμενη από τη ροή φωτός. Τα πλεονεκτήματα της συσκευής είναι τα εξής: