Rentgenka – její stavba a funkce

Rentgenka, správně nazývaná rentgenová lampa, je zjednodušeně řečeno trubice s vakuem uvnitř, jejíž součástí je žhavená katoda, která slouží jako zdroj elektronů. Tyto elektrony jsou urychlovány, dopadají na terčík neboli anodu, čímž vzniká rentgenové záření. Rentgenka tedy slouží k produkci rentgenového záření. Následujících několik článků bude věnováno podrobnějšímu popisu rentgenky a popisu produkce rentgenového záření.

Základní součástí každé rentgenky je katoda a anoda, mezi kterými je udržován elektrický potenciál. Další nepostradatelnou součástí rentgenky je rotor a evakuovaná baňka [1]. Ukázka rentgenky je na obr. 1, názorněji na obr. 2.

rentgenkaObr. 1: Ukázka rentgenky [2]

Rentgenka_2Obr. 2: Názornější ukázka rentgenky [1]

Katoda tvořená spirálovitě navinutým wolframovým vláknem (s příměsí thoria, které zvyšuje efektivitu emise elektronů a prodlužuje životnost katody) o tloušťce 0,2 mm, proto někdy nazývaná katodové vlákno, slouží k produkci elektronů. Toto vlákno je elektricky připojeno ke žhavícímu obvodu. Při průchodu elektrického proudu o velikosti cca 6-8 A žhavícím obvodem, a tedy i katodovým vláknem, dochází vlivem velké teploty k termoemisi elektronů (Edisonův efekt). Termoemisí uvolněné elektrony, výrazně urychlené rozdílným elektrickým potenciálem mezi katodou a anodou, dopadají na kladně nabitou anodu za vzniku rentgenového záření [1]. Aby však elektrony nedopadaly na kterékoliv místo anody, jsou speciálně fokuzovány pomocí fokuzačních mističek (focusing cup) do úzkého svazku elektronů, viz obr. 3.

Fok_miskyObr. 3: Fokuzační mističky pro fokuzaci elektronů [2]

Anoda neboli terčík je tvořena kovovým materiálem. Při dopadu urychlených elektronů na terčík dojde k uvolnění obrovského množství kinetické energie elektronů. Pouze 1 % z této uvolněné energie elektronů se přemění v rentgenové záření. Zbývajících 99 % této energie se přemění na teplo, čímž dojde k velkému zahřátí anodového terčíku. Aby se zabránilo tepelnému zničení anodového terčíku, je potřeba vhodně zvolit materiál anody a taktéž dostatečně odvádět nepotřebné teplo. Anoda je nejčastěji vyrobena z wolframu, protože wolfram má vysoký bod tání. Wolfram je vhodný taktéž z toho důvodu, že díky vyššímu atomovému číslu se zvyšuje produkce fotonů rentgenového záření (více dále). Pro lepší odolnost terčíku se do wolframu přidává přibližně 10 % rhenia. V mamografii se místo wolframového terčíku používá terčík molybdenový a rhodiový [1].

Anoda může být buď pevná nebo rotační, viz obr. 4. Pevná anoda je nejjednodušším případem anody. Skládá se z wolframové části připevněné na měděný blok. Měď zde slouží jednak jako opora wolframového terčíku, ale současně velmi významně odvádí teplo z terčíku. Nicméně kvůli tomu, že proud urychlených elektronů stále dopadá na jednu malou plošinku terčíku, je nutné dostatečně rychle odvádět teplo, aby nedošlo ke zničení terčíku. Tím je výrazně omezen maximální použitelný proud rentgenky, a tedy i množství produkovaných rentgenových fotonů. Pevnou anodu používají některé dentální rentgenové systémy a taktéž některé pojízdné rentgeny [1].

anodaObr. 4: Pevná a rotační anoda [2]

Rotační anoda se skládá z terčíku ze slitiny wolframu a rhenia, který je připevněn na molybdenovou podstavu s grafitovým základem. Celý tento terčík je molybdenovou osou spojen s měděným blokem, který tvoří část rotoru rentgenky, viz obr. 5. U rotační anody dopadá svazek elektronů na plošinku terčíku, který však stále rotuje a teplo je tedy rozloženo na větší plochu. To umožňuje větší zatížení rentgenky. Rotační anody jsou s výhodou používány ve většině diagnostických aplikací, protože efektivněji odvádějí teplo a umožňují tak produkci většího množství fotonů potřebných pro prozáření větších objemů, aniž by došlo ke zničení terčíku.

Tercik anodyObr. 5: Rotační anoda [2]

Evakuovaná baňka rentgenky, ve které je umístěna katoda i anoda, je obvykle vyrobena ze skla a její hlavní funkcí je udržování vakua v trubici. Baňka je obtékána olejem, který tak odvádí teplo z rentgenky. Baňka bývá ještě uschována v krytu, jehož součástí je i olovo, které slouží k odstínění nepotřebného mimoohniskového záření [2].

Uvnitř evakuované baňky je umístěn taktéž rotor. Rotor je tvořen měděným blokem, na kterém je molybdenová osa pro upevnění terčíku. Stator, tvořený elektromagnety, je umístěn vně evakuované baňky. Stator a rotor tvoří společně indukční motor, kterým je poháněn terčík. Rotační anoda rotuje s frekvencí až 10 000 otáček za minutu  [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
[2] http://whs.wsd.wednet.edu/faculty/busse/mathhomepage/busseclasses/radiationphysics/lecturenotes/chapter6/chapter6.html

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *