 21943 cső belső felépítése A 21943 cső.
|
|
Röntgen Wilhelm Konrad 1895 végén fedezte fel a róla elnevezett sugarakat, amikor Lénárdnak a katódsugarakra vonatkozó kísérleteit ismételte. Azt tapasztalta ugyanis, hogy ott, ahol a katódsugarak a kisülési cső üvegfalába ütköznek, új fajta sugarak keletkeznek, amelyek áthaladnak a cső fénymentesen záró papírborítékán és hatásukra a közelben álló bárium-platin-cianid bevont fluoreszkáló ernyő felvilágít még akkor is, ha közbe fényre átlátszatlan tárgyakat, fát, vagy emberi testrészeket állítunk. Az ernyőn ilyenkor a kézcsontok árnyékai jelennek meg. Röntgen az új sugarakat X-sugaraknak nevezte el. Az igazság az, hogy az X-Sugarakat előállító lámpát Röntgen kapta, mégpedig starssburgi kollegájától Puliui Ivántól, akivel együtt dolgoztak Prof. Kunt vezetése alatt. Az X-Sugár előállítására tehát már 1881-ben sor került, amit Puliui lámpaként emlegetnek. Így aztán első röntgen kép sem lehetne a Röntgen feleségének kezéről készült kép, mert Puliui azt megelőzően készített felvételt egy 13 éves fiú törött lábáról.
Történelmi áttekintés.
 Lénárd Fülöp (szül. 1862 Pozsony - megh. 1947 Messelhausen Németo.) Bécs majd Budapest után végül is Heidelbergben doktorált, majd Heinrich Hertz aszisztense lett Bonn-ban. A kivállóan kísérletező Lénárd sok további felfedezést tett lehetővé berendezéseivel, pl. a Lénárd-ablakkal elátott katódsúgárcső tette lehetővé, hogy J.J. Thomson eljusson az elektron feldezéséig. 1905-ben Nobel-díjat kapott a katódsugárzással kapcsolatos munkáiért. Ezzel az első magyar Nobel-díjas. Vitatható Röntgen elsőbbsége a róla elnevezett sugárzással kapcsolatban, Lénárd javára: "Kiváló minőségű csöveit maga tervezte és elkészítésükben is részt vett, ezért Röntgen is vásárolt tőle csövet, ami egyik oka lett a Röntgen-sugarakkal kapcsolatos prioritási vitájuknak. Lenard kísérletképpen az ablakra ráhelyezett egy darabka földalkáli-foszfort és ez a kilépő sugarak hatására világítani kezdett. Márpedig ez kísértetiesen emlékeztetett Röntgen megfigyelésére; csakugyan aligha képzelhető el, hogy a kilépő sugaraknak ne lett volna röntgen-komponensük. Tehát az sem tökéletesen egyértelmű, ki fedezte fel a röntgen-sugarakat. A bécsi Akadémia az 1896-os Baumgartner-díjat megosztotta Lenard és Röntgen között, hasonlóan járt el a Royal Society a Rumford éremmel és a párizsi Akadémia a La Caze díjjal. [35] A Nobel-bizottság egyhangú Lenard-Röntgen-jelölése ellenére a Svéd Tudományos Akadémia úgy döntött, hogy az első, 1901-es díjat egyedül Röntgen kapja." [4]
 Röntgen Wilhelm Konrad (szül. 1845.márc.27. Lennep, Németo. - megh. 1923.febr.10. Münchenben Németo.) Német fizikus. Több német egyetemen működött, 1899-1920 a müncheni egyetemen fizika tanár volt. Pontos méréssel meghatározta a gázok kétféle fajmelegének viszonyát vizsgálta a rugalmasság, a kapillaritás jelenségeit, a hő vezetését kristályokban, a hősugarak elnyelését gőzökben és gázokban, az elektromos jelenségek egész sorozatát és 1895-ben felfedezte a róla elnevezett sugarakat. 1901-ben megkapta a Nobel-díjat.
|
A röntgensugár 0,002nm-től 1nm-es hullámhosszú elektromágneses sugárzás. Ez a látható fénytartománynál kisebb hullámhosszúságú sugár a legtöbb anyagon áthatol. Az elnyelés mértéke az elnyelő anyag vastagságáva és alkotó elemeinek rendszámával növekszik. A röntgensugárzás láthatóvá tételével tehát, az átvilágított test belső szerkezetébe nyerhetünk bepillantást, akár orvosi, akár ipari alkalmazásról legyen is szó. Az anaygba ütköző elektronsugár ütközési pontjából röntgensugárzás lép ki. Ütköző anyagnak, illetve anódnak leggyakrabban molidbén és volfrám szolgálhat. A kép a klasszikus állóanodú röntgencső elvi felépítését mutatja; az első csövek nem voltak ennyire robosztus anóddal ellátva.
Állóanodú röntgencsövek.
Az állóanodú röntgencsövek többnyire 2..10kW-os terhelhetőségűek. A velük épített készülékek jellemzően a nagyfeszültség előállítására egy szintén speciális egyenirányító csövet alkalmaznak a Ventil-t. Ezek izzókatódos vákuum-egyenirányító csövek. Érdekességük, hogy az igen nagy elektromos erőtér miatt a katódnak használt tóriumos volfrámot már eleve olyan formára alakítják, amilyenre az erőtér miatt meghajolna. Működés közben maguk az egyenirányító csövek is sugároznak röntgen sugarakat, de ezek jelentős részét az üveg ballon felfogja. A nagyobb feszültségeséssel dolgozó csövek azonban már kemény sugárzást is kibocsátanak magukból ezért itt már figyelni kell annak szüréséről is.
Forgóanódú röntgencsövek.
 A forgóanódu csövek kifejlesztésének okai között olyan felhasználói igényeknek való megfelelés vezette a fejlesztőket miszerint a kép élesség fokozására az optikai fókusz legyen kisebb. A kis felvételi idők elérésére legyen minél nagyobb a valóságos fókusz. A valóságos fókusznak a katóddal szembeni mozgatását Wood javasolta 1898-ban. Ezzel szemben az első, gyakorlatban is használható, forgóanódú röntgencsövet 1929-ben a bécsi röntgenkongresszuson mutatták be. Az állóanódú csövekkel szemben a katód a cső tengelyvonalától, az anód tányér átmérőjének megfelelő mértékben eltolt. Az anódtányér alakja csonka kúp, amely a csőtengelye, mint forgási tengely körül forog, palástanyaga rendszerint volfrám. Az izzókatódból az anódra csapódó elektronáram egy bizonyos fókuszpontban éri az anód palástot. Ha a forgási sebesség nagyobb, mint az expoziciós idő, az anód termikusan terhelt felülete megnövekszik. Egy valóságos 50kW-os röntgencső termikus terhelése 125-ször nagyobb felületen oszlik el, mint a valóságos fókusz. A forgóanódú csövek fordulatszáma 2800/perc szokásos értékű. A forgatást végző motor egy rövidrezárt forgórészű, nagy légrésű, egyfázisú motor. Az állórész tekercselése egy egyfázisú és egy segédfázisú részből áll. A segédfázis eltolását kondenzátorral végzik. Az állórész a röntgencsövön kívül helyezkedik el, a forgórész két golyóscsapággyal az anódtengelyére van szerelve közvetlenül. Az anód teljes fordulatszámának elérése 0,8 ... 1,3s idő alatt történik meg. Az anódtányér kerületi sebessége meghaladja az 50km/h értéket, ezért az anódtányérnak kiegyensúlyozottnak kell lennie.
Kétfókuszú, Biangulix röntgencsövek.
A röntgendiagnosztika álltal használt diagnosztikai módszerek a röntgencsövek tovább fejlesztését igényelte és a röntgencsövek élettartamát a fokozottabb igénybevétel ellenére tovább kellett növelni. Ilyen tovább fejlesztett csövet először 1957-ben mutatott be a Siemens cég Biangulix néven. A két fókusz a gyűrűfelületen külön-külön bombázza elektronokkal az anódtányért. A két koncentrikus fókuszpálya különbőző hajlásszögű. A két fókuszpálya kerületi sebessége nem egyforma; a belsőé kisebb. Az ugyanakkora terhelés tehát a belső pályát jobban felmelgítené, ezért a belső pálya hajlásszögét 1,5°-al kisebbre veszik, ami megnöveli a fókuszt, ugyanakkor csökkenti az optikai fókusz méretét. Ezen csöveknek két típusa ismeretes, az egyiknél az anódtányér síkjának hajlásszöge a csötengelyre merőleges síkkal a fókuszpályán 17,5°, a belső 16°. A másik cső típusnál a belső fókuszpálya hajlásszögét lényegesen kisebbre választják, így egy kisebb nagy fajlagos terhelhetőségű optikai fókuszt kapnak. E célfókusz a gyomor-, bél-, és tüdőfelvételeknél előnyös.
A forgóanódú röntgencsövek terhelhetőségének további fokozására, illetve az élettartam növelésére az anódforgási sebességének növelését alkalmazzák. A fordulatszámot rendszerint úgy növelik, hogy a szokásos 50Hz-es motor táplálás helyett 100Hz, vagy magasabb frekvenciájú feszültséggel táplálják és így a fordulatszám 5600, illetve 8400 fordulat percenként. A 150Hz-es táplálás esetén az anódtányér kerületi sebessége akár 150km/h is lehet. Ez fokozottabban terheli a csapágyakat, illetve az anódtányér pontos centirozása elengedhetetlen követelmény.
Rácsvezérlésű röntgencsövek.
A rácsvezérlés alkalmazása hasonló egy telítési tartományban dologzó triódához. Rácsvezérléssel elérhető, hogy a röntgencső anódja feleslegesen ne terhelődjön, és így a röntgencső élettartama megnövekszik. A rácsvezérlés segítségével az anódáram pontosan szabályozható, illetve stabilizálható, a cső működése pontosan az expoziciós időhöz igazítható. A negatív rácsfeszültség nagysága néhány száz volt, míg a vezérelt röntgencsőáram több száz milliamper is lehet.
Kölönleges röntgencsövek.
Ide azokat a felületi terápiás és anyagvizsgálati röntgencsöveket sorolhatjuk amelyek szerkezeti felépítése, konstrukciós megoldása eltér az eddig bemutatottaktól.
 Határsugárcső elvi felépítése
- Határsugárcső kisméretű cső, sugárkilépő ablaka Lindemann-üveg,amelyen keresztűl az igen lágy sugarak is kiléphetnek. A kilépő sugárzás hullámhossz-tartománya a 0,15 ... 0,3 mm közé esik. Anódja léghűtésű. Csúcsterhelése 12kV, 15mA.
- Chaul- és Schäfer-Witte-csövek: A közelbesugárzásra alkalmas csövek érdekes felépítésűek, üreges anódonként alkalmazott fémcső, amely földpotenciálon van, melynek végén található a cső fókusza. Az anódtányér 0,2 mm vastagságú aranyozott rézlemez. Az anódot vízzel hűtik. Ezzel a felépítéssel elérhető, hogy a besugárzott testrészhez igen közel lehet menni a cső fókuszával, a leadott dózis teljesítmény nagy, a besugárzott testszövet mélységében rohamosan csökken. Felépítésüknél fogva a testüregbe is könnyen bevezethető. A Van der Plaast-féle cső esetében a fókusz nem az anódon, hanem a katódba fúrt üregen és sapkával védett Lindemann-ablakon keresztül sugároz.
- Üreges anódú anyagvizsgáló cső: Felépítésében nagyon hasonló a Schäfer-Witte-féle közelbesugárzó csőhöz, azonban anódja sokkal hosszabb, elérheti az 1,5 m-t is. Terhelésének határa 200kV, 10mA. Az anódvég fókuszkiképzése egyenes, ferde vagy kúp alakú. Kúp alak esetén a besugárzott felület 2/3 gömbfelületű. Alkalmas kazánok és csövek heggesztési varratainak ellenőrzésére. A fókusz nagysága az anódra helyezett tekercseken átfolyó áramerősségével szabályozható. A tekercsek mágneses tere mintegy fókuszálja az anódüregben haladó elektronnyalábot. Mágneses fókuszálással finomfókuszú röntgencsöveknél 0,2 mm átmérőjű pontszerű fókusz is elérhető.
- Finomstruktúra-vizsgáló röntgencsövek: Ilyen röntgen csöveknél az anódtányér abból az anyagból készül, amelynek karakterisztikus sugárzására van szükség. Az anód készülhet réz, vas, króm, kobalt, molidbén, ezüst stb. fémből. Gerjesztve, minden atomfajta a reá nézve jellemző, karakterisztikus sugárzást bocsájtja ki.
A fókusz kiképzés megfelelő megválasztásával lehetséges, hogy egyidejűleg több sugár nyalábbal dolgozzanak. A csövön rendszerint kettő, vagy négy Lindemann-üvegből készült sugárkilépő ablak van. Az anód földpotenciálra kötött és vízhűtéses.
Mélybesugárzásra szolgáló röntgencsövek.
A mélyen fekvő daganatok kezeléséhez nem mindig eredményes a hagyományos röntgencsöves besugárzás ezért az atomfizikából is ismert részecskegyorsítók alkalmazása is elterjedt. Erre a feladtra kétféleképpen kiképzett gyorsítót alkalmaznak, az egyik lineáris elvű, míg a másik a körkörösen gyorsító Betatron.
 Sugárdózis-csökkenés különféle mélybesugárzó-csövekkel
- Lineáris gyorsítók:A cső katódjából kilépő elektronok felgyorsulnak, mivel előrehaladtuk során a gyorsítóelektródákra mindig szinkronban jut a nagyfrekvenciás oszcillátorból kicsatolt gyorsítófeszültség. Amikor az elektron a két gyorsító közötti résen halad át, akkor történik a periódus váltás is. Ennek megfelelően az elektródák hossza a katódtól távolodva hosszabodik, mivel az elektronok sebessége növekszik. Az anódba ütköző nagysebességű elektronok lefékeződése ultrakeménységű röntgensugárzást kelt. Elérhető a 4MeV-os gyorsítókkal 100 cm fókusz-bőr távolság esetén 400 rad/min sugárdózis is.
 A lineáris gyorsító elve - Betotron: Körkörösen gyorsítja az elektronokat. A katódból emittált elektronokat állandó mágnessel körpályára kényszerítik, majd időben növekvő mágneses térrel felgyorsítják. A gyorsító mágneses teret a gyűrű alakú cső köré épített transzformátorokhoz hasonló elektromágnes tere szolgáltatja. (Ezért nevezik a betotront sugártranszformátornak is, helytelenül) Az ábrán vázolt elven az elektronok a gyűrűalakú betotron csőben 60kV-os sebességgel lépnek be, majd ott keringenek. A transzformátor-kiképzésű vasmag pólusai között helyezkedik el a cső a benne keringő elektronokkal. Az elektromágnest 50Hz-es váltakozó árammal gerjesztve, a mágneses fluxus negyedhullámait használják az elektronok további gyorsítására, miközben az elektron 100000 körül futást végez. A gyorsítási negyedperiódus végén a mágneses erőtér hirtelen megváltoztatásával az elektronok a kényszerpályáról kiléptethetőek. A kilépő elektronok a csövön belül ütköznek az anódba és ultrakeménységű röntgensugárzást keltenek. Terápiai célra szolgáló betotronokkal 10 ... 100MeV-os sugárzást keltenek. Az elektronpálya átmérője 220 mm, a mágnes szerelvény tömege 400kg.
 A Betotron elvi felépítése, a) a betotron vázlatos mtszete; b) betotron felépítése és elektronpályái A lineáris gyorsítókkal egy nagyságrenddel nagyobb intenzitású röntgensugárzás nyerhető, mint a betotronból, ezért elterjedésük növekszik.
| | |
