Röntgenka, história a stavba
Kategorie: Fyzika a astronómia (celkem: 480 referátů a seminárek)
Informace o referátu:
- Přidal/a: anonymous
- Datum přidání: 07. dubna 2007
- Zobrazeno: 3188×
Příbuzná témata
Röntgenka, história a stavba
RöntgenkaRöntgenka je prístroj slúžiaci k premene elektrickej energie na rtg žiarenie. Podľa ich použitia rozdelíme na :
- Terapeutické ( liečebné )
- Diagnostické
- Technické ( kontrola materiálov )
Stavba röntgenky
Röntgenka je sklenená, vákuovaná trubica, ktorá obsahuje dva elektródy – katódu a anódu. Sklo tvoriaci obal v mieste, kde vystupuje primárny zväzok žiarenia sa nazýva výstupný okienko röntgenky. Katóda
Je vlákno z wolframu. Je používaná, lebo je mechanicky stály a má vysoký bod tavenia. Rozžeravené vlákno katódy emituje elektróny ( termoemisia ). Množstvo emitovaných elektrónov závisí od teploty vlákna. Okolo katódy je fokusačná miska, ktorá nasmeruje elektróny na anódu. Jeho polarita je taká istá ako majú emitované elektróny. Dnešné röntgenky majú dve katódové vlákna alebo jedno rozdelené. Bežne má katódové vlákno tvar špirály. Prvá špirála je dlhšia a druhá kratšia. Po rozžeravení jedného zo špirál a po zapojení vysokého napätia medzi katódou a anódou dopadne lúč elektrónov na anódu. Pri zapojení kratšieho špirála dopadnú elektróny na menší priestor, ako pri zapojení dlhšieho špirála. Pred zapojením vysokého napätia musí byť katóda rozžeravená na správnu teplotu. Keď je elektrické pole medzi katódou a anódou dostatočne silné, dostanú sa všetky emitované elektróny na anódu. V tom prípade prúd na röntgenke je nezávislý na vysokom napätí.
Anóda
Je elektróda, kde vzniká rtg. žiarenie. Miesto, kam dopadajú elektróny a vniká žiarenie, sa nazýva termické ohnisko. Uhol sklonu pevnej anódy jed 19°. Čím je uhol sklonu dopadového ohniska menší, tím je menší i vrcholový uhol zväzku žiarenia, ktorí vystupuje z anódy. Čím je väčšie dopadové ohnisko, tím ju môžeme viacej zaťažiť elektrónovým prúdom. Rádiodiagnostika potrebuje, aby sme mohli malé ohnisko zaťažiť čo najväčšou energiou v čom najkratšom čase. Na anóde vzniká počas vyšetrenia teplota 2000 aj viac stupňov. Preto je dôležité, aby anóda bola z kovu, ktorá má vysoký bod tavenia. Taký je wolfram ( b.t.3 308°C ). röntgenka s pevnou anódou
Pevná anóda
Dovoľuje len malé zaťaženie ohniska, preto sa dnes používa len v stomatologických röntgenkách alebo v prenosných prístrojoch. Anóda je z medi, na strane ktorá je otočená ku katóde je zošikmená o 19°, a do zošikmenej plochy je vložená wolframová doštička , ktorá slúži ako dopadové ohnisko. Zadný koniec medeného bloku je vyvedená z röntgenky a je napojená na chladenie.
Meď je používaná, lebo dobre odvádza teplo.
Rotačná anóda
Je dnes najviac používaná, lebo bez nej sa nedá skonštruovať výkonnú röntgenku. Anódu tvorí tanier z wolframu, alebo z iných kovov. Tento tanier je spojená molybdénovou osou s rotorom indukčného motora. Ich výroba nie je ľahká zvláštne pre röntgenky s veľkým počtom otáčok. Bežný počet otáčok za minútu je 60 krát 50 HZ =3000 ot./min. Vzhľadom na trenie ide prakticky o 2 800 ot./min. Ide o röntgenky s rýchlou otáčavou anódou. Keď použijeme 3 krát 50 HZ teda motorický prúd, je počet otáčok teoreticky 9000 a prakticky 8 500 ot/min. Existujú röntgenky s najvyššou rýchlosťou otáčania anódy – 6 krát 50 HZ krát 60 – 18 000 ot./min. a prakticky 17 000 ot./min. Zvýšenie výkonnosti röntgeniek s rotačnou anódou stúpa s druhou odmocninou zvýšenie počtu otáčok anódy. U rýchlo otáčavých röntgeniek musí biť po expozícií zapojený brzdné žiarenie, ktorý má za úlohu obmedziť príliš dlhé otáčanie anódy po skončení expozície. Čím sa anóda otáča rýchlejšie, tím je možné viacej tepelne zaťažiť ohnisko.
Ukazuje to napríklad porovnanie možných výkonoch ohniska 0,6 krát 0,6 mm:
- pri normálnych otáčkach 12 kW
- pri rýchlych otáčkach 30 kW
- pri veľmi rýchlych otáčkach 50 kW
Inou možnosťou, ako zvýšiť výkon röntgenky, je zväčšiť polomer anódového taniera. Výkon rotačnej anódy je v pomere 10 – 20 krát väčší než pevnej anódy. Svetové firmy vyrábajú röntgenky s rotačnou anódou s výkonom 12 až 100 kW. Niektoré röntgenky (anódy) sú biangulárne, - zošikmená plocha anódy oproti katódam je zošikmená vo vnútri pod menším a vtom pod väčším uhlom. Roztočenie anódy na plánovaný počet otáčok trvá pomerne 1 s. Výkon alebo zaťažiteľnosť röntgeniek sa udáva v kW. röntgenka s rotačnou anódou
Kryt röntgenky
Pri stúpajúcich nárokoch na výkon i bezpečnosť, sa používajú röntgenky umiestnené v krytoch. Tento konštrukčný celok sa potom nazýva rtg žiarič. Žiariče môžu biť podľa účelu diagnostické alebo terapeutické. Podľa konštrukčného prevedení ich delíme na žiariče kábelové obsahujúci len röntgenku, a žiariče komorové, obsahujúci aj zdroj vysokého napätia. Kryt má chrániť pacientov i personál pred vysokým napätím a neužitočným žiarením a röntgenku pred mechanickým poškodením. Má valcovitý tvar. Vo vnútri je centrálne uložená röntgenka. Medzi krytom a röntgenkou je olej, ktorý má elektricky izolovať, a chladiť. Kryt je vyrobený z ľahkých zliatin, stredná tretina a niekedy celý kryt je vyložený olovom. V strednej tretine je výstupný otvor krytu, ktorým vystupuje užitočný zväzok primárneho žiarenia. V kryte končia vysokonapäťové káble.
Na anódovej strane je vo vnútri krytu stator indukčného motora, ktorý otáča anódu. Prístup do krytu je z bokov. Z jednej strany je od bočného krytu membrána, ktorá sa pri zohriatí oleja môže vyklenúť vonkajším smerom. S membránou je spojený poistný stýkač, ktorí pri veľkom vzostupe teploty vypne prístroj a nedovolí exponovať.
Kryt má tieto hlavné účely:
- Zachytiť vedľajšie žiarenie
- Ochrana pred úrazom elektrickým prúdom
- Zväčšenie výkonu a zmenšenie rozmerov
- Ochrana röntgenky pred mechanickým poškodením
kryt röntgenky
Vysokonapäťové káble
Spojujú napájací zdroj a röntgenku. Uprostred kabelu je jadro tvorené zdvojeným vodičom vysokého napätia, ktorý je oddelený izolačnou vrstvou od dvojitého vodiča pre rozžeravenie röntgenky. Prierez vodičom je určený maximálnym napätím a prúdom, ktorý ním prechádzajú. Okolo vodiča je silná izolačná vrstva, väčšinou izolačná guma a na vonkajšej strane jemné medené pletivo. To tvorí ochranu pred vysokým napätím a je uzemnený. Povrch kabelu je z gumy, alebo umelej hmoty, aby bolo možno kábel očistiť. Röntgenka s krytom, vysokonapäťové kabely a rtg prístroj tvorí rtg súpravu. História röntgenky
Wilhelm Conrad Röntgen – Narodil sa v roku 1845 v Lennepe, neďaleko Düseldorfu v rodine podnikateľa a obchodníka. Detské roky prežil v Holandsku. V roku 1868 skončil štúdium strojného inžinierstva na Vysokej škole technickej v Zürichu. V roku 1879 prešiel ako profesor fyziky a riaditeľ fyzikálneho ústavu na univerzitu v Giessene a v roku 1885 na univerzitu vo Würzburgu. V roku 1900 prijal pozvanie na Mníchovskú univerzitu, kde pôsobil dvadsať rokov. W.C. Röntgen urobil mnoho experimentálnych výskumom v rôznych oblastiach fyziky. Najväčší objav urobil ako rektor Würtzburgskej univerzity 8.11.1895. Do katódy hruškovitého tvaru viedol z jednej strany katódový drôt, ústiaci do malého dutého zrkadla. Anóda bola umiestnená bokom na skle. Z dôvodov, ktoré si ani sám nevedel vysvetliť, zabalil trubicu do čierneho papiera a potom zapol Ruhmkorffov induktor s vysokým napätím. Prúd elektrónov, koncentrovaný dutým zrkadlom, začal žiariť proti dnu trubice. V tom okamihu zažiarilo neďaleko položené lepenkové tienidlo natreté špeciálnou hmotou akoby samo od seba zelenkastým svetlom. Že to neboli katódové lúče, vedel Röntgen celkom presne, pretože tie nedokázali preniknúť ani len sklenou stenou. Nemohlo to byť ani viditeľne svetlo, nakoľko to by bolo zadržané papierovým tesnením.
Röntgen chcel vypátrať pôvod žiarenia a tak začal pohybovať tienidlom smerom k trubici. Svetlo silnelo a na tienidle zbadal kosti svojich prstov, ktorými ho držal. Objavil niečo neuveriteľné a úžasné – lúče, ktoré dokážu preniknúť ľudským telom, niečo, o čom sa neskôr v mnohých vedeckých prácach hovorilo ako o “priesvitnej ruke”. Nasledovalo množstvo ďalších pokusov, na základe ktorých sa chcel dozvedieť čo najviac o lúčoch, ktoré objavil. Keďže dlho nevedel o aké lúče vlastne ide, nazval ich lúče X. Tým, že sú to skutočné lúče si bol úplne istý, lebo vrhali tieň. Podobali sa síce na svetelné lúče, no na rozdiel od nich neboli viditeľné. S tým sa dlho nechcel uspokojiť a tak opakoval pokus za pokusom, zakaždým inak s rôznymi materiálmi, ale výsledok bol vždy ten istý. Všetko čo dovtedy vedel, 28. decembra zhrnul. Tieto nové lúče X boli úplne odlišné od katódových, vznikali však na mieste, kde dopadali na sklenú stenu alebo inú prekážku, napr. kovovú platňu antikatódy.
Pri kovoch, najmä platine, je žiarenie oveľa intenzívnejšie ako pri skle, lúče sa šíria priamočiaro na všetky strany, pod ich vplyvom sa vzduch stáva elektricky vodivý a na rozdiel od katódových lúčov, nemožno magnetom meniť ich smer. Prenikajú takmer cez všetky látky, cez ľahké lepšie než cez ťažké, no 1,5 mm hrubá olovená platňa už je takmer nepriepustná. W.C. Röntgen urobil jednu z prvých röntgenových snímok v dejinách, keď s vyše dvadsať minútovou expozíciou odfotografoval kostru ruky svojej manželky. Kosti ruky a mäkké časti sa stali viditeľným. Na prelome rokov 1895/1896 sa správa o röntgenovom senzačnom objave rozšírila po celom svete. Na pozvanie cisára Wilhema II. Bádateľ 13.1.1896 urobil v Berlínskom zámku experimentálnu prednášku a 23.1.1896 referoval o novom druhu lúčov na zhromaždení Fyzikálno – lekárskej spoločnosti vo Würzburgu. Publikum si získal, keď sa mu počas zasadnutia podarilo urobiť aj snímku ruky Würzburgského anatóma A. von Köllikera.
Köllikera spontánne nato navrhol nazvať tieto lúče po ich objaviteľovi – röntgenovými lúčmi. Ohlas na nové lúče a ich možnosti bol mimoriadny. Od roku 1896 sa začal fáza intenzívneho výskumu s rtg. technikou. Na mnohých miestach sa inštalovali rtg. prístroje a pracovalo sa na ďalších technických zlepšeniach.
Za svoj objav prevzal W.C. Röntgen 10.12.1901 ako prvý vedec vôbec NOBELOVU CENU ZA FYZIKU.
Svoj objav nedal nikdy patentovať, možno povedať, že ho daroval celému ľudstvu. V medicíne je význam tohto objavu tak veľký, že sa hovorí o medicíne pred Röntgenovom a po Röntgenovi.
Rtg.
žiarenie vznikajúce v röntgenke má široké využitie. Či už v priemysle na kontrolu odliatkov prežarovaním a skúmaním štruktúry, resp. usporiadania atómov v kryštáloch, alebo v medicíne na určovanie diagnózy a ožarovanie onkologických chorých pacientov.
No i keď jednotlivé odvetvia zaoberajúce sa röntgenovým žiarením patria v súčasnosti k tým najrýchlejšie napredujúcim, ťažko by som dokázal odhadnúť jeho mieru využitia v nasledujúcej budúcnosti. Myslím tým najmä jeho terapeutické využitie v oblasti onkologickej praxe, keďže viem, že existujú centrá používajúce "nové" – neutrónové žiarenie, ktoré je oveľa silnejšie a teda na dané použitie i účinnejšie ako röntgenové žiarenie alebo gama žiarenie.