Cấu tạo:
Hình 3.3 Cấu trúc ruột bóng và vỏ thuỷ tinh của một loại bóng X quang a-nốt cố định dùng cho máy chụp răng
a) Catốt: bao gồm một sợi đốt và một điện cực phụ (điện cực Wehnelt) dùng làm giá đỡ sợi đốt và tạo khe hội tụ nhằm tập trung toàn bộ số lợng điện tử bức xạ từ catốt về phía anốt.
• Sợi đốt: làm bằng hợp kim Vôn-fram với Thô-ri. Vôn-fram (thờng gọi là tung - sten) có nhiệt độ nóng chảy rất cao (3370oC) nên ít bị bốc hơi khi hoạt động ở nhiệt độ trên 2000oC.
Nếu sợi đốt bị bốc hơi với một mức độ nào đó mỗi khi bị nung nóng thì lâu dần sẽ tạo ra các phần tử dẫn điện và tích luỹ chúng làm giảm độ chân không , gây ra sự phóng điện hồ quang trong bóng dẫn tới làm giảm tuổi thọ bóng.
Để khắc phục hiện tợng này, một lợng nhỏ Thô-ri (1% - 2%) đợc hỗn hợp với tung - sten. Nhờ vậy có thể tạo ra cùng một lợng điện tử bức xạ với nhiệt độ sợi đốt giảm hơn nhiều so với khi sử dụng tung - sten nguyên chất.
• Sợi đốt có dạng hình xoắn ốc để tạo diện tích bức xạ điện tử rộng, đờng kính khoảng 0,2 - 0,3 mm. Toàn bộ cuộn dây có kích thứoc khoảng 2 - 5 mm theo chiều rộng và 1 - 2 cm theo chiều dài.
• Điện cực Wehnelt (có điện thế bằng điện thế catôt), các đờng đẳng thế tại bề mặt anốt đợc phân bố để tạo ra điện trờng hội tụ chùm tia điện tử hớng về một điểm có điện tích rất nhỏ tại bề mặt anốt - tiêu điểu, dùng làm giá đỡ sợi đốt và tạo khe hội tụ để Hội tụ chùm tia điện tử.
Hình 3.4 Sự phân bố đờng đẳng thế khi không (hình a) và có (hình b) điện cực Wehnelt. Sự hội tụ chùm tia điện tử (hình b)
Hình 3.5 Hình ảnh của một ca-tốt sợi đốt kép, A và C - khe hội tụ lớn và nhỏ; B và D - sợi đốt lớn và nhỏ; E - ca-tốt
• Catốt có hai loại: Đơn và Kép
Loại Catốt đơn chỉ gồm một sợi đốt và một khe bức xạ.
Loại Catốt kép gồm có hai sợi đốt (thờng gọi là tóc nhỏ và tóc lớn đặt trong hai khe bức xạ tơng ứng với hai kích thớc nhỏ và lớn. Hai khe này đ- ợc bố trí kề nhau trong mặt phẳng. Các khe này tạo ra các điểm hội tụ nhỏ và lớn tại bề mặt Anốt.
• Nguồn điện cấp cho sợi đốt là nguồn điện áp thấp cỡ vài chục vôn với dòng điện khoảng vài Am-pe.
Khi hoạt động, sợi đốt đợc nung nóng và bức xạ chùm tia điện tử có mật độ đợc xác định theo công thức: kt W 2 0 − = A T e Je Trong đó: Je - mật độ dòng bức xạ
W - hàm số phụ thuộc loại vật liệu. Với Tungsten W = 4,5 eV T - nhiệt độ
k - hằng số Boltzmann
A0 - hằng số vật liệu. Với Tungsten A0 xấp xỉ 60
Mật độ dòng bức xạ tỉ lệ với bình phơng nhiệt độ. Quan hệ giữa Je và nhiệt độ đợc minh hoạ trên hình 3.6
Hình 3.6 Quan hệ giữa mật độ dòng bức xạ (Je) và nhiệt độ sợi
Với mật độ dòng bức xạ từ 100 mA đến 1000mA nhiệt độ sợi đốt phải trong khoảng từ 2400 - 2700oK
• Để đảm bảo độ cách điện cao và tản nhiệt, biến thế cấp điện cho sợi đốt th- ờng đợc đặt trong thùng cao thế cùng với biến áp cao thế
b) Anốt: Có chức năng hứng chùm tia điện tử bắn ra từ Catốt, và bức xạ tia X. • Anốt gồm một tấm tung-sten dày khoảng 2 mm, hình chữ nhật hoặc tròn
có diện tích lớn hơn diện tích điểm hội tụ, đợc gắn vào một giá đỡ bằng đồng dầy giúp cho việc tản nhiệt đợc nhanh.
• Tung -sten đợc chọn làm vật liệu chế tạo tấm phát xạ vì có nhiệt độ nóng chảy rất cao (3370oC) so với các kim loaị khác (khoảng 1500oC) và có số l- ợng nguyên tử rất cao (Z=74). Những u điểm này bảo đảm tuổi thọ và hiệu suất phát xạ của bóng cao. Hiệu suất phát xạ tia X đợc tính theo công thức sau:
Hiệu suất phát xạ = 0,9 x 10-9 ZUA x 100% Trong đó : Z: số lợng nguyên tử
• Diện tích mà chùm tia điện tử hội tụ vào gọi là điểm hội tụ, đó chính là nguồn phát xạ tia X. Chấm hội tụ thờng có dạng chữ nhật, chiều dài bằng (3-4) lần chiều rộng và diện tích khoảng 1 - 2 mm2 (tiêu điểm nhỏ) tới 5 - 10 mm2 (tiêu điểm lớn)
• Điểm hội tụ nhỏ đợc dùng khi yêu cầu công suất bức xạ thấp (dòng cao thế - mA thấp), đợc sử dụng để xét nghiệm những đối tợng có độ hấp thụ tia thấp, những bộ phận có kích thớc nhỏ chẳng hạn ngời gày, trẻ em, hệ thống tuần hoàn v.v, trong trờng hợp này ngời ta dùng mA thấp với thời gian chụp dài.
Hình 3.7 Quan hệ giữa góc đích với điểm hội tụ thực và điểm hội tụ hiệu dụng
• Còn chấm hội tụ lớn ứng với công suất bức xạ cao (mA cao) đợc dùng chụp xơng hoặc những bộ phận có kích thớc lớn, độ hấp thụ tia cao. Khi đó ngời ta dùng mA cao với thời gian chụp ngắn.
• Bề mặt của Anốt nằm dốc chéo so với trục dọc của bóng nên chùm tia X bức xạ ra sẽ vuông góc với trục bóng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Góc giữa bề mặt chứa chấm hội tụ của Anốt với đờng thẳng đứng gọi là góc vát (góc đích). Sự thay đổi góc đích sẽ làm thay đổi kích thớc thực cũng nh kích thớc hiệu dụng của chấm hội tụ và do đó sẽ thay đổi vùng bức xạ hiệu dụng của bóng. Góc đích càng nhỏ, chấm hội tụ sẽ càng nhỏ, hình càng sắc nét tuy nhiên công suất bức xạ sẽ càng thấp. Góc đích có trị số từ 7o - 20o.
• Bao kính các bộ phận của bóng trong chân không • Làm giá đỡ các điện cực Catốt và Anốt
• Cách điện giữa các điện cực
• Truyền nhiệt toả từ các điện cực ra ngoài
Vỏ trong thờng đợc chế tạo từ Pyrex - loại thuỷ tinh đặc biệt có khả năng chịu nhiệt cao, có độ cách điện cao, có hệ số dãn nở đồng nhất với sự giãn nở của các điện cực và chịu đợc áp lực chân không lớn.
d) Vỏ ngoài: bao quanh bóng X quang, nó có ba nhiệm vụ: • Chỉ cho tia X bức xạ qua cửa sổ bóng.
• Hấp thụ tia X theo các hớng có hại cho ngời bệnh và môi trờng bao quanh. • Cách điện cao, chống phóng điện hồ quang và phòng ngừa điện giật.
Vỏ ngoài đợc chế tạo từ thép, nhôm, hoặc hợp kim nhôm, bề mặt trong của vỏ đợc lót một lớp chì có độ dày 3 - 4 mm để hấp thụ tia X, hạn chế sự phát xạ tia X ra chung quanh (trừ cửa sổ) tới mức cho phép không gây nguy hiểm cho bệnh nhân và cho môi trờng xung quanh. Ví dụ theo tiêu chuẩn của nớc Anh liều lợng bức xạ tia X qua vở không đợc vợt quá 100 mili Rơnghen tromg một giờ hoạt động tại vị trí cách bóng 1m.
Để đảm bảo độ cách điện, ngời ta đổ đầy dầu cao thế vào khoang giữa hai lớp vỏ. Ngoài tác dụng cách điện, dầu còn có tác dụng tản nhiệt để làm mát bóng.
Khi bóng hoạt dộng, nó sẽ nóng lên khiến cho dầu giãn nở nên một phía đầu vỏ phải có một khoang co giãn chế tạo bởi màng cao su hình lồng xếp. Để báo động tình trạng bóng quá nóng khi hoạt động liên tục, ngời ta gắn một bộ cảm nhận (ví dụ một công tắc điện cực nhỏ) vào một bề mặt khoang, khi khoang dãn ra tới mức nhất định, ví dụ với một loại bóng khi thể tích dầu tăng từ 1 dm3 đến 1,3 dm3 (tơng ứng với nhiệt độ dầu là 70oC) thì công tắc tác động đóng mạch phát tín hiệu cảnh báo.
Vấn đề loại bỏ tia mềm
Khi phát xạ từ điểm hội tụ của Anốt, chùm tia X bao gồm nhiều bớc sóng khác nhau, trong số này, những tia có năng lợng thấp nhất tơng ứng với b-
ớc sóng dài nhất (còn gọi là tia mềm) sẽ bị hấp thụ bới da và các mô mềm ở phần nông của cơ thể nên chúng chỉ làm tăng liều lợng tia X trong cơ thể mà không cải thiện đợc chất lợng hình ảnh vì chúng không xâm nhập tới phim. Do vậy, cần phải lọc bỏ những bớc sóng có hại này trớc khi chùm tia X tới bệnh nhân.
Trong thực tế chùm tia X sau khi truyền qua vỏ thuỷ tinh, qua lớp dầu bao quanh vỏ và cửa sổ bóng (đợc chế tạo bằng chất dẻo) các bớc sóng dài đã bị lọc bớt. Việc lọc này đợc gọi là lọc nội bộ (tơng đơng với độ dày 1 mm nhôm).
Khi cần thiết ngời ta có thể bổ sung thêm một lớp nhôm nữa tại cửa sổ bóng sao cho bề dày lớp lọc tổng cộng tơng đơng với lá nhôm có bề dày khoảng 1-2 mm.
Dòng Anốt
Dòng Anốt là dòng điện từ Catốt đến Anốt dới tác dụng của điện áp Anốt UA
Hình 3.8 Dòng Anốt
• Khi UA còn thấp chỉ có một số ít điện tử có đủ năng lợng tới đợc Anốt. Bao quanh bề mặt Catốt còn một đám mây điện tử gọi là điện tích không gian. Trạng thái này đợc gọi là trạng thái dới bão hoà. Trị số dòng điện Anốt trong trạng thái này đợc tính nh sau:
2 2 / 3 2 9 4 d U m e I A A = ε Trong đó: IA - dòng a-nốt UA + -
ε - Hằng số điện môi
e, m - điện tích và khối lợng điện tử UA - điện áp a-nốt
d - khoảng cách giữa ca-tốt và a-nốt
IA tỉ lệ với UA3/2 . Sự phụ thuộc của dòng Anốt vào điện áp Anốt đợc gọi là hiệu ứng điện tích không gian.
• Khi UA đủ cao, toàn bộ số lợng điện tử bức xạ từ Catốt đợc hút về Anốt. Trạng thái này đợc gọi là trạng thái bão hoà. Dòng Anốt đợc tính nh sau: Trong đó:
IAS - dòng a-nốt trong trạng thái bão hoà. Je - mật độ dòng điện tử bức xạ xác định. SE - diện tích bề mặt bức xạ của ca-tốt.
• Khi trị số dòng điện Anốt không phụ thuộc vào điện áp Anốt thì gọi là trạng thái bão hoà. Do vậy việc điều khiển điện áp và dòng Anốt độc lập với nhau.
• Trạng thái dới bão hoà đợc khắc phục bằng một số biện pháp nh mạch điện bù hiệu ứng điện tích không gian hoặc mạch tự động xác định liều lợng tia X.
Phạm vi ứng dụng của bóng Anốt cố định
• Trong bóng X quang Anốt cố định, chùm tia điện tử luôn bắn vào một điểm cố định trên bề mặt Anốt, do vậy làm cho nhiệt độ tại điểm này tăng lên đáng kể. Điều này hạn chế công suất phát xạ của bóng. Vì vậy, hiện nay loại bóng X quang Anốt cố định chỉ còn đợc dùng trong các thiết bị X quang công suất nhỏ, thờng là loại máy di động hoặc máy X quang răng với dòng cao thế tối đa khoảng 50 mA. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});