Rentgenska cijev Osnove elektrotehnike Jasmina Kljaji R 2749

Rentgenska cijev Osnove elektrotehnike Jasmina Kljajić R 2749 Evidencijski broj 8

Uvod • Rendgenska cijev je katodna cijev koja fokusira energetske tokove elektrona u metalnu metu čime uzrokuje da ona emitira rendgenske zrake (X-zrake). • Osnovni princip rendgenske cijevi nije se promijenio od Roentgenovog otkrića X-zraka 1895. • Na katodu se dovede visoki napon (oko 50 000 V) zbog čega elektroni velikom brzinom izlijeću s katode. Sudarom elektrona s anodom nastaju rendgenske zrake koje se šire u prostor. Katoda se žari posebnim krugom termoemisija elektrona

Općenito o rentgenskoj cijevi… • Rentgenska cijev je staklena cijev duljine 20 do 25 cm i promjera 15 cm. Iz cijevi je uklonjen zrak i one su pod tlakom od 510 mbara. • U prvim rentgenskim cijevima bio je razrijeđen plinoviti sadržaj (zrak), a ne vakuum • On je služio kao dodatni izvor elektrona te su se one za vrijeme rada morale prozračivati. • U cijevi se nalaze dvije elektrode: katoda i anoda.

Izvor – rentgenska cijev Katoda se žari posebnim krugom grijanja termoemisije elektrona Ig = 3 – 5 A Elektroni se ubrzavaju Visokim naponom Ua = 30 – 150 k. V

Anoda i katoda Katoda (K) i anoda (A) nalaze se u staklenoj cijevi visokog vakuuma. Katoda je spojena na transformator struje grijanja katode (T 1) , a cijeli sustav na glavni transformator struje visokog napona (T 2). Nastale rentgenske zrake izlaze kroz pukotinu olovnog oklopa koji obavija staklenu cijev.

Katoda • Katoda je negativna elektroda. • Građena je od materijala visokog tališta i to u pravilu od volframa. Modificirana je u obliku spirale duljine 12 cm i debljine 0, 2 do 0, 5 mm • Spiralna nit katode postavljena je unutar metalnog okvira koji je također negativnog naboja i ponaša se kao dodatna elektroda (Wehneltova elektroda). • Katode modernih rentgenskih cijevi imaju dvije spiralne niti (dvije katode), a svaka od njih je nasuprot odgovarajućem žarištu anode: veća spirala za veliki fokus i manja za mali fokus.

Katoda • Djelovanjem struje zagrijavanja, niskog napona i velike jakosti, na katodi se oslobađaju elektroni termoionskom emisijom koji se uslijed razlike potencijala katode i anode ubrzano gibaju prema anodi • Tako da je katoda uključena u dva strujna kruga (za razliku od anode) i to niskonaponski strujni krug za zagrijavanje katode i visokonaponski strujni krug za razliku potencijala anode i katode, odnosno gibanje elektrona • Uloga dodatne elektrode uz katodu je da kolimira snop elektrona da bi bio što uži.

Anoda • Anoda je pozitivna elektroda u rentgenskoj cijevi • Ona je smještena nasuprot katode te se u literaturi spominje i kao antikatoda • Ima oblik diska na držaču • Osnovu diska čini molibden i grafit, a od molibdena (eventualno bakra) je i držak anode. Odabir materijala definiran je visokim toplinskim kapacitetom i toplinskom provodljivošću budući da držak ima ulogu odvođenja velike količine topline koja se oslobađa na žarištu anode

Anoda • Površina žarišta anode napravljena je od materijala visokog rednog broja i visokog tališta • U današnjih rentgenskih cijevi to je u pravilu legura tungstena i renija, a prije je to bio volfram • Na anodi se nalaze dva žarišta u korelaciji s dvije katode • Toplinsko opterećenje anode postavlja zahtjev za što većom površinom žarišta te možemo reći da je zaštita od toplinskog opterećenja anode direktno u vezi sa snagom rentgenske cijevi

Oklop rentgenske cijevi • služi za: – zaštitu osoba i okoline od rentgenskog zračenja i struje visokog napona – za zaštitu same rentgenske cijevi od mehaničkih oštećenja • sastoji od dva sloja: – Jedan sloj je od izolacijskog materijala (porculan) – Drugi sloj sadrži olovo

Nastanak X-zraka • Kočenje elektrona • Brzi elektroni ulaze u kristalnu rešetku atoma mete i usporavaju se u električnom polju atomskih jezgara • Energija emitiranog fotona ovisi o gubitku kinetičke energije fotona: hv = Eul-Eizl • Najveću energiju ima foton nastao direktnim sudarom elektrona s jezgrom

Sudari elektrona • Upadni elektron izbacuje jedan od elektrona iz unutrašnje ljuske atoma mete • Ispražnjeno mjesto popunjava elektron iz više ljuske uz emisiju X-fotona • Emitiraju se fotoni energija jednakim razlikama energijskih nivoa atoma mete • Vjerojatnost događaja je mala

Primjena – razmatranje zračenja • Rentgenske zrake dio su spektra elektromagnetskog zračenja u prirodi, karakteristične po svojoj valnoj duljini i frekvenciji • Valovi rentgenskih zraka su vrlo kratki, a frekvencija im je velika • Zbog tih osobina imaju veliku energiju koja im omogućuje prodiranje kroz tkiva Frekvencija (Hz) 10 -1 - 104 105 - 1011 1012 - 1013 1014 - 1015 - 1016 1017 - 1018 1019 - 1020 EM valovi električni radio i TV infracrveni vidljiva svjetlost ultraljubičasti rentgenski gama i kozmički 1011 - 106 - 10 -1 - 10 -4 - 10 -5 - 10 -6 - 10 -10 - 10 -12 Valne duljine (cm)