Efekt stínění katody

Jak bylo popsáno v předešlém článku, katodové vlákno slouží jako zdroj elektronů, které jsou uvolňovány termoemisí. Množství emitovaných elektronů je určeno teplotou katodového vlákna. Čím vyšší teplota, tím více elektronů se uvolní. Elektrony z prostoru okolo katodového vlákna jsou urychleny rozdílným elektrickým potenciálem mezi katodou a kladně nabitou anodou a dopadají na anodu za vzniku fotonů rentgenového záření. Děje se tak díky rozdílnému elektrickému potenciálu mezi katodou a anodou. Avšak je-li rozdíl potenciálů příliš nízký, pak emitované elektrony tvoří elektronový mrak, který se udržuje v oblasti okolo katody.

Existence elektronového mraku byla prokázána pro napětí 40 kV a méně. Kvůli tomuto efektu je při nižších napětích možné použít proud pouze do určité hodnoty. Při nízkém proudu je emitováno určité množství elektronů, které dopadnou na anodu. Při zvyšování termoemise se zvyšuje i množství vzniklých fotonů rentgenového záření. Ale při překročení určité mezní hodnoty proudu se emitují elektrony, které již na anodu nedoletí, protože elektrický potenciál již není dostatečný k urychlení všech elektronů. Elektrony vytvoří elektronový mrak okolo katody. Dalším zvyšováním proudu již nedochází ke zvýšení produkce fotonů rentgenového záření. Tomuto efektu se říká efekt stínění katody (space charge cloud). Grafické znázornění tohoto efektu je na obr. 1.

Obr. 1: Efekt stínění katody [1]

Graf na obr. 1 zobrazuje taktéž jednu z charakteristik rentgenky, nazývanou katodová charakteristika. Graf ukazuje vztah mezi anodovým proudem rentgenky, tj. množstvím elektronů emitovaných termoemisí, a proudem ve žhavícím obvodu pro určitá napětí mezi katodou a anodou. Z počátku platí, že s rostoucím žhavícím proudem roste i anodový proud, ale pouze do určité hodnoty. Poté dochází právě k efektu stínění katody a s rostoucím žhavícím proudem již anodový proud zůstává konstantní. S rostoucím napětím se anodový proud zvyšuje, ale pouze do určité hodnoty napětí. Při určité hodnotě napětí již dochází k tomu, že všechny termoemisí uvolněné elektrony dopadly na anodu a již nejsou žádné volné elektrony, které by mohly s vyšším napětím navíc doletět na anodu. Anodový proud rentgenky je obvykle 5-10-krát nižší než žhavící proud katody [1].

Použitá literatura:
[1] Bushberg JT, Seibert JA, Leidholdt EM, Boone JM. The essential physics of medical imaging. Second edition. Lippincott Williams & Wilkins, 2002, Philadelphia