wyk07.doc

Lampa rentgenowska

Lampa rentgenowska z wirującą anodą

Lampa rentgenowska  =  konwerter energii elektrycznej ® ciepło + promieniowanie X

Zasada działania lampy

Katoda  ®  włókno wolframowe ogrzewane przepływającym prądem

Anoda 

·       Lampy z wirującą anodą  ®  dysk grafitowo-molibdenowy rotujący z prędkością 3000 – 10000 obrotów/min (rpm) pokryty pierwiastkiem o dużym Z i wysokiej temperaturze topnienia – W (Z = 74) lub stop W+Re (ren – Z = 75) 

·       Lampy stacjonarne  ®  płytka z wyżej opisanych materiałów czasami wykonana z Mo (Z = 42) lub Rh (Z = 45)

Ognisko lampy  ®  właściwe źródło promieniowania  -  typowo prostokąt o rozmiarach w granicach ~(0.1 – 2 ) mm

Napięcie między katoda i anodą (anodowe)  ®  może zmieniać wartość ale nie może zmieniać znaku  ®  z zakresu  (30 – 160) kV  ®  specjalnej konstrukcji zasilacze (generator napięcia)

Z reguły podajemy  kVm  (angielskojęzyczne oznaczenie kVp –  peak)

Nie podaję się wartości skutecznej  kVS  (angielskojęzyczne oznaczenie kVe  -  effective)

Wartość chwilowa napięcia kV lub kVc (angielskojęzyczne oznaczenie kVi – instantaneous) nie jest istotna dla działania lampy rentgenowskiej

Uwaga:

W nowoczesnych prostownikach różnica (kVp – kVmin) jest ~3%

Zasilacz (generator) wysokiego napięcia

Można nastawiać 3 wielkości

1)   napięcie (kVp)  ®  (30 – 160) kV

2)   prąd ~kilkaset mA

3)   czas naświetlania ~100 ms

Procesy na anodzie w skali mikroskopowej

1) Promieniowanie charakterystyczne

2) Promieniowanie hamowania (bremsstrahlung)

Elektrony w polu atomów są odchylane i spowalniane – energia tracona przez elektrony jest emitowana jako fotony promieniowania elektromagnetycznego – promieniowanie hamowania

Widmo promieniowania lampy rentgenowskiej

1)   Maksymalna energia keV – zastopowanie elektronu - kVp

2)   Absorpcja niskoenergetycznych fotonów w obudowie powoduje, że fotony o bardzo niskich energiach nie występują w widmie promieniowania hamowania

Uwaga:

Ilość wyprodukowanych fotonów promieniowania X jest proporcjonalna do iloczynu prądu anodowego i czasu pracy lampy – do opisu działania lampy w trakcie wykonywania zdjęcia podajemy ładunek (ekspozycję) tj. iloczyn prądu i czasu pracy (mAs)

Efektywność produkcji promieniowania X

              Efektywność  =  kV*Z*10-6

kV = 160, Z = 74  ®  Efektywność  =  1.2%

Produkcja ciepła  -  problem chłodzenia lampy

Traktuje lampę jako opornik przez który płynie prąd I (mA) a spadek napięcia wynosi kVs (kV)

Moc tracona na oporniki  =  I*kVs (mA*kV  =  A*V  =  W)

100 mA i 100 kV  ®  10 kW

Ciepło wydzielane na anodzie  =  moc*czas

Produkcja ciepła zależy od

1)   Napięcia anodowego

2)   Iloczynu prądu wiązki i czasu (ładunku)

Ciepło (J)  =  kVs*mAs

Ciepło (Heat Units = HU)  =  kVp*mAs

Zależność  HU  ®  J wynika z zależności  Vs  ®  Vp

Vs = 0.707*Vp  ®  ciepło (HU)  =  1.41*ciepło (J)

Pojemności cieplna anody (Hc)

Ciepło zgromadzone w anodzie  =  temperatura anody*Hc

Uwaga:

Hc  powinno być jak największe

Hc maksymalizuje przez wybór

1)   Materiałów (ciepło właściwe)

2)   Szybkości rotacji anody

3)   Wielkości ogniska

W praktycznych zastosowaniach  ®  rozwiązanie problemu chłodzenia anody  ®  ograniczeniem iloczynu prądu wiązki elektronów i czasu pracy lampy (ładunku - mAs)

Oddziaływanie promieniowania z materią

Rodzaje promieniowania

1)   Promieniowanie cząsteczkowe

·       ciężkie cząstki naładowane = p, d, a, ..

·       n

·       e

·       e+

2)   Promieniowanie elektromagnetyczne (EM)

·       promieniowanie jonizujące

·       promieniowanie niejonizujące

Energia kwantów promieniowania EM