Röntgenka, história a stavba

Röntgenka, história a stavba
Röntgenka
Röntgenka je prístroj slúžiaci k premene elektrickej energie na rtg žiarenie. Podla ich
použitia rozdelíme na :
- Terapeutické ( liecebné )
- 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 fokusacná 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 lúc
elektrónov na anódu. Pri zapojení kratšieho špirála dopadnú elektróny na menší
priestor, ako pri zapojení dlhšieho špirála. Pred zapojením vysokého napätia musí byt
katóda rozžeravená na správnu teplotu. Ked je elektrické pole medzi katódou a anódou
dostatocne 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°. Cím je uhol
sklonu dopadového ohniska menší, tím je menší i vrcholový uhol zväzku žiarenia, ktorí
vystupuje z anódy. Cím je väcšie dopadové ohnisko, tím ju môžeme viacej zatažit
elektrónovým prúdom. Rádiodiagnostika potrebuje, aby sme mohli malé ohnisko zatažit
co najväcšou energiou v com najkratšom case. Na anóde vzniká pocas vyšetrenia
teplota 2000 aj viac stupnov. 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
Dovoluje len malé zataženie ohniska, preto sa dnes používa len v stomatologických
röntgenkách alebo v prenosných prístrojoch. Anóda je z medi, na strane ktorá je
otocená ku katóde je zošikmená o 19°, a do zošikmenej plochy je vložená wolframová
došticka , ktorá slúži ako dopadové ohnisko. Zadný koniec medeného bloku je
vyvedená z röntgenky a je napojená na chladenie.
Med je používaná, lebo dobre odvádza teplo.
Rotacná anóda
Je dnes najviac používaná, lebo bez nej sa nedá skonštruovat výkonnú röntgenku.
Anódu tvorí tanier z wolframu, alebo z iných kovov. Tento tanier je spojená
molybdénovou osou s rotorom indukcného motora. Ich výroba nie je lahká zvláštne pre
röntgenky s velkým poctom otácok. Bežný pocet otácok za minútu je 60 krát 50 HZ
=3000 ot./min. Vzhladom na trenie ide prakticky o 2 800 ot./min. Ide o röntgenky s
rýchlou otácavou anódou. Ked použijeme 3 krát 50 HZ teda motorický prúd, je pocet
otácok teoreticky 9000 a prakticky 8 500 ot/min. Existujú röntgenky s najvyššou
rýchlostou otácania anódy – 6 krát 50 HZ krát 60 – 18 000 ot./min. a prakticky 17 000
ot./min. Zvýšenie výkonnosti röntgeniek s rotacnou anódou stúpa s druhou
odmocninou zvýšenie poctu otácok anódy. U rýchlo otácavých röntgeniek musí bit po
expozícií zapojený brzdné žiarenie, ktorý má za úlohu obmedzit príliš dlhé otácanie
anódy po skoncení expozície. Cím sa anóda otáca rýchlejšie, tím je možné viacej
tepelne zatažit ohnisko.
Ukazuje to napríklad porovnanie možných výkonoch ohniska 0,6 krát 0,6 mm:
- pri normálnych otáckach 12 kW
- pri rýchlych otáckach 30 kW
- pri velmi rýchlych otáckach 50 kW
Inou možnostou, ako zvýšit výkon röntgenky, je zväcšit polomer anódového taniera.
Výkon rotacnej anódy je v pomere 10 – 20 krát väcší než pevnej anódy. Svetové firmy
vyrábajú röntgenky s rotacnou 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 väcším uhlom. Roztocenie anódy na plánovaný pocet
otácok trvá pomerne 1 s. Výkon alebo zatažitelnost röntgeniek sa udáva v kW.
röntgenka s rotacnou anódou
Kryt röntgenky
Pri stúpajúcich nárokoch na výkon i bezpecnost, sa používajú röntgenky umiestnené v
krytoch. Tento konštrukcný celok sa potom nazýva rtg žiaric. Žiarice môžu bit podla
úcelu diagnostické alebo terapeutické. Podla konštrukcného prevedení ich delíme na
žiarice kábelové obsahujúci len röntgenku, a žiarice komorové, obsahujúci aj zdroj
vysokého napätia. Kryt má chránit pacientov i personál pred vysokým napätím a
neužitocným žiarením a röntgenku pred mechanickým poškodením. Má valcovitý tvar.
Vo vnútri je centrálne uložená röntgenka. Medzi krytom a röntgenkou je olej, ktorý má
elektricky izolovat, a chladit. Kryt je vyrobený z lahkých zliatin, stredná tretina a
niekedy celý kryt je vyložený olovom. V strednej tretine je výstupný otvor krytu,
ktorým vystupuje užitocný zväzok primárneho žiarenia. V kryte koncia vysokonapätové
káble.
Na anódovej strane je vo vnútri krytu stator indukcného motora, ktorý otáca anódu.
Prístup do krytu je z bokov. Z jednej strany je od bocného krytu membrána, ktorá sa
pri zohriatí oleja môže vyklenút vonkajším smerom. S membránou je spojený poistný
stýkac, ktorí pri velkom vzostupe teploty vypne prístroj a nedovolí exponovat.
Kryt má tieto hlavné úcely:
- Zachytit vedlajšie žiarenie
- Ochrana pred úrazom elektrickým prúdom
- Zväcšenie výkonu a zmenšenie rozmerov
- Ochrana röntgenky pred mechanickým poškodením
kryt röntgenky
Vysokonapätové káble
Spojujú napájací zdroj a röntgenku. Uprostred kabelu je jadro tvorené zdvojeným
vodicom vysokého napätia, ktorý je oddelený izolacnou vrstvou od dvojitého vodica pre
rozžeravenie röntgenky. Prierez vodicom je urcený maximálnym napätím a prúdom,
ktorý ním prechádzajú. Okolo vodica je silná izolacná vrstva, väcšinou izolacná 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
ocistit. Röntgenka s krytom, vysokonapätové kabely a rtg prístroj tvorí rtg súpravu.
História röntgenky
Wilhelm Conrad Röntgen – Narodil sa v roku 1845 v Lennepe, nedaleko Düseldorfu v
rodine podnikatela a obchodníka. Detské roky prežil v Holandsku. V roku 1868 skoncil
štúdium strojného inžinierstva na Vysokej škole technickej v Zürichu. V roku 1879
prešiel ako profesor fyziky a riaditel fyzikálneho ústavu na univerzitu v Giessene a v
roku 1885 na univerzitu vo Würzburgu. V roku 1900 prijal pozvanie na Mníchovskú
univerzitu, kde pôsobil dvadsat rokov. W.C. Röntgen urobil mnoho experimentálnych
výskumom v rôznych oblastiach fyziky. Najväcší 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 vysvetlit, zabalil trubicu do cierneho papiera a
potom zapol Ruhmkorffov induktor s vysokým napätím. Prúd elektrónov,
koncentrovaný dutým zrkadlom, zacal žiarit proti dnu trubice. V tom okamihu zažiarilo
nedaleko položené lepenkové tienidlo natreté špeciálnou hmotou akoby samo od seba
zelenkastým svetlom. Že to neboli katódové lúce, vedel Röntgen celkom presne,
pretože tie nedokázali preniknút ani len sklenou stenou. Nemohlo to byt ani viditelne
svetlo, nakolko to by bolo zadržané papierovým tesnením.
Röntgen chcel vypátrat pôvod žiarenia a tak zacal pohybovat tienidlom smerom k
trubici. Svetlo silnelo a na tienidle zbadal kosti svojich prstov, ktorými ho držal. Objavil
nieco neuveritelné a úžasné – lúce, ktoré dokážu preniknút ludským telom, nieco, o
com sa neskôr v mnohých vedeckých prácach hovorilo ako o “priesvitnej ruke”.
Nasledovalo množstvo dalších pokusov, na základe ktorých sa chcel dozvediet co
najviac o lúcoch, ktoré objavil. Kedže dlho nevedel o aké lúce vlastne ide, nazval ich
lúce X. Tým, že sú to skutocné lúce si bol úplne istý, lebo vrhali tien. Podobali sa síce
na svetelné lúce, no na rozdiel od nich neboli viditelné. S tým sa dlho nechcel uspokojit
a tak opakoval pokus za pokusom, zakaždým inak s rôznymi materiálmi, ale výsledok
bol vždy ten istý. Všetko co dovtedy vedel, 28. decembra zhrnul. Tieto nové lúce X boli
úplne odlišné od katódových, vznikali však na mieste, kde dopadali na sklenú stenu
alebo inú prekážku, napr. kovovú platnu antikatódy.
Pri kovoch, najmä platine, je žiarenie ovela intenzívnejšie ako pri skle, lúce sa šíria
priamociaro na všetky strany, pod ich vplyvom sa vzduch stáva elektricky vodivý a na
rozdiel od katódových lúcov, nemožno magnetom menit ich smer. Prenikajú takmer cez
všetky látky, cez lahké lepšie než cez tažké, no 1,5 mm hrubá olovená platna už je
takmer nepriepustná. W.C. Röntgen urobil jednu z prvých röntgenových snímok v
dejinách, ked s vyše dvadsat minútovou expozíciou odfotografoval kostru ruky svojej
manželky. Kosti ruky a mäkké casti sa stali viditelným. Na prelome rokov 1895/1896
sa správa o röntgenovom senzacnom objave rozšírila po celom svete. Na pozvanie
cisára Wilhema II. Bádatel 13.1.1896 urobil v Berlínskom zámku experimentálnu
prednášku a 23.1.1896 referoval o novom druhu lúcov na zhromaždení Fyzikálno –
lekárskej spolocnosti vo Würzburgu. Publikum si získal, ked sa mu pocas zasadnutia
podarilo urobit aj snímku ruky Würzburgského anatóma A. von Köllikera.
Köllikera spontánne nato navrhol nazvat tieto lúce po ich objavitelovi – röntgenovými
lúcmi. Ohlas na nové lúce a ich možnosti bol mimoriadny. Od roku 1896 sa zacal fáza
intenzívneho výskumu s rtg. technikou. Na mnohých miestach sa inštalovali rtg.
prístroje a pracovalo sa na dalších technických zlepšeniach.
Za svoj objav prevzal W.C. Röntgen 10.12.1901 ako prvý vedec vôbec NOBELOVU
CENU ZA FYZIKU.
Svoj objav nedal nikdy patentovat, možno povedat, že ho daroval celému ludstvu. V
medicíne je význam tohto objavu tak velký, že sa hovorí o medicíne pred Röntgenovom
a po Röntgenovi.
Rtg.
žiarenie vznikajúce v röntgenke má široké využitie. Ci už v priemysle na kontrolu
odliatkov prežarovaním a skúmaním štruktúry, resp. usporiadania atómov v kryštáloch,
alebo v medicíne na urcovanie diagnózy a ožarovanie onkologických chorých pacientov.
No i ked jednotlivé odvetvia zaoberajúce sa röntgenovým žiarením patria v
súcasnosti k tým najrýchlejšie napredujúcim, tažko by som dokázal odhadnút jeho
mieru využitia v nasledujúcej budúcnosti. Myslím tým najmä jeho terapeutické využitie
v oblasti onkologickej praxe, kedže viem, že existujú centrá používajúce "nové" –
neutrónové žiarenie, ktoré je ovela silnejšie a teda na dané použitie i úcinnejšie ako
röntgenové žiarenie alebo gama žiarenie.