Röntgencső I.

Röntgensugárzás:

Elektronok energiájának átalakításával kapjuk. Ez a folyamat a röntgencsőben játszódik le.

Röntgensugár mennyiségének, illetve minőségének befolyásolása:

elektromos mennyiségekkel (kV, mA)
idővel

Röntgencső = energiakonvertáló eszköz.

Ez azt jelenti, hogy az elektromosságot konvertálja röntgensugárrá és hővé.

A hőnek nincs jelentősége ebben az esetben, tekinthetjük mellékterméknek is. Ezzel a melléktermékkel kezdeni kell valamit – vagyis optimális szintűnek kell lennie a hő leadásnak.

A röntgencső egyszerű felépítésű:

2 része a katód és az anód. Ha áramkörbe kapcsolom, akkor a katódtól „indul” az áram, az anód felé. Leadják az elektronok az energiájukat és így keletkezik a röntgensugár és a hő.

Katód

A negatív pólus. Itt alakul ki az elektronfelhő, hő hatására. Az elektronfelhőből elindulnak az elektronok a nagyfeszültség meggyőző ereje miatt az anód felé. A katódszerkezet állítja megfelelő irányba az elektron sokaságot = az anód megfelelő részére.

Katódszál: wolframszál. Tekercset alkot. A katódszál a fókuszáló csészében van.

A wolfram tulajdonságai teszik megfelelővé erre a feladatra:

magas olvadáspont
nehezen párolog

Katódszál készítésére alkalmas anyag még:

rénium
molibdén

Ezeknek az anyagoknak is magas olvadáspontjuk van.

Miért fontos a wolfram azon tulajdonsága, hogy nehezen párolog?

Azért, mert a párolgó fém le fog rakódni a cső belsejébe. Ezen kívül csökkenti a csőben lévő vákuumot is, ha párolog egy fém.

A katódszál hosszúsága és szélessége miért fontos?

A röntgenkép geometriai tulajdonságait képes befolyásolni.

0,1-0,2 mm átmérőjű
1-2 mm széles
10-15 mm hosszú tekercset képez

Általában két katódszál van a csőben – ezt kettős fókuszú elrendezésnek hívjuk.

Termoionikus jelenség / termikus elektronemisszió

A katódszál elektromos ellenállása miatt hő fejlődik. Emiatt pedig elektronfelhő jön létre.

Hozzávetőlegesen 2200 ºC felett jelentkezik a termoionikus hatás a wolframszálban. Emiatt az elektronok elhagyják a katódot, majd nagyfeszültség hatására elindulnak az anód felé.

Az anódba csapódva legnagyobb részük visszatér az áramkörbe.

Kis része az elektronoknak és a wolfram atomoknak elpárolog. Mint már említettem, ez a párolgás nem tesz jót, mivel csökkenti a röntgencsőben a vákuumot.

Miért okoz problémát a párolgás és az ebből fakadó lerakódás?

Mert elektromos kisülés is létrejöhet az üvegbúra és a katód között.

Ha elektromos kisülés van, az megrepesztheti a csövet. Továbbá, ha ez nem is következik be, a cső hatékonyságát mindenképp csökkenteni fogja a lerakódás.

A katódszál ugyanúgy el tud szakadni, mint az izzókban lévő izzószál. Ha szakszerűtlenül használják, fokozottabb erre az esély.

Ha bekapcsolom a röntgent (haha) felmelegszik a katódszál. Ebből a felmelegített állapotból csak expozíciókor fűtöm fel a katódszálat üzemi hőre.

Kialakul az elektronfelhő. A wolfram csak ennél a magas hőnél párolog. Ekkora hőt csak órákig tudna elviselni egy cső.

A katódszál fűtőáramköre szinkronkapcsolt az anódot forgató rotorral.

Az elektromos kisülések ritkított gázokban

A légritkított kisülési csőből először Lénárd Fülöp „hozta szabad levegőre” a katódsugarakat. A kisülési cső üvegfalát átfúrta, a nyílást vékony alumínium lemezzel befedte. Ezen keresztül nagysebességű elektronok tudnak áthatolni.

Röntgen ismételte ezt a kísérletet. Első kísérleti kisülési csöveinél az X-sugárzás keletkezési helyén a katóddal szembeni üvegfalon zöld fluoreszcens fényjelenség volt megfigyelhető.

Ebben az esetben annyira felmelegedett az üvegfal, hogy használhatatlanná vált.

Emiatt beépített egy harmadik, lemez alakú fémelektródát. A katóddal szemben, ahol az elektronok ütköznek. Ezt elnevezte antikatódnak.

Összekötötte az anóddal. Úgy képezte ki a katódot, hogy az elektronok kicsi helyen, a fókuszban összpontosuljanak az antikatódon.

A klasszikus röntgencsöveinél a nagy sebességű elektronok száma, vagyis a csőáram erőssége (mA) függ a:

anód és katód közti feszültségtől – vagyis a csőfeszültségtől (kV)
a légritkítástól

Ugyanolyan légritkításnál a csőáramot csak a csőfeszültséggel lehet fokozni.

Azonban: ugyanannál a csőfeszültségnél csak a légritkítás csökkentésével tudjuk megnövelni a csőáramot. (Ez fordítva is igaz).

Ha több levegőmolekula van a katód és az anód között, akkor több az ütközés és az ionizálás.

Ez csak egy bizonyos légsűrűségig igaz. Ha túl gyakori az ütközés, akkor már nem fognak tudni az elektronok megfelelő sebességre jutni ahhoz, hogy röntgensugárzás jöjjön létre.

Ilyenkor az elektródák között a vezetőképessé vált levegőn (vagyis plazmán) át a nagyfeszültség csattanó fényjelenség közben átüt, ívképződéssel.

De ha túl nagy a légritkítás – akkor túl kevés az ütközési lehetőség. Emiatt kevés az ionizálás és a csőáram.

A klasszikus csöveket a túlságosan melegítő üzemeltetés keményítette – mivel az ionok részben lerakódtak a cső falára. Ennek következtében regeneráló készülékeket kellett használni.