CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT TIAX 2.1 Cấu tạo máy phát X-quang thông thường
2.1.1.2. Dương cực (anode)
Anode là một tấm kim loại cứng có mật độ phân tử cao, là nơi các electron chuyển động từ cathode tới đập vào và phát tia X. Anode có nhiệm vụ chuyển một phần năng lượng của electron thành bức xạ tia X và làm tiêu tán nhiệt lượng được tạo ra trong quá trình phát tia X. Anode có 2 loại là anode cố định có công suất thấp và anode quay có công suất cao.
a. Anode cố định Điệ n thế V (so với chén hội tụ a. b. c.
Anode cố định bao gồm 1 tấm bia Volfram được gắn chặt vào một khối đồng như hình 2.4. Tấm Volfram là nơi chùm electron đập vào để phát ra tia X còn khối đồng có vai trò tiêu tán nhiệt cho bia Volfram vì đồng dẫn nhiệt rất tốt.
Anode cố định thường được đặt nghiêng một góc từ 150- 200 so với mặt phẳng thẳng đứng, góc nghiêng này quyết định diện tích hội tụ của chùm electron (là phần diện tích của anode bị chùm electron đập vào). Nhược điểm của loại anode này là diện tích bia bị bắn phá nhỏ nên giới hạn sự tiêu tán nhiệt do đó giới hạn dòng cực đại qua ống và hạn chế hiệu suất phát tia, ngoài ra còn làm bia Volfram mau mòn và làm giảm tuổi thọ của anode cũng như của ống phát tia X.
Hình 2.4. Các thành phần của ống tia X có anode cố định
Loại bóng này thường dùng trong các máy X-quang công suất nhỏ như máy X-quang nha, máy X-quang di động, máy chiếu (fluoro).
b. Anode quay
Cấu tạo:
Như đã trình bày, đối với anode cố định thì chùm electron chỉ đập vào 1 vị trí cố định làm nhiệt độ vị trí này rất cao đồng thời làm giảm công suất của bóng và làm giảm tuổi thọ của anode. Để khắc phục những nhược điểm trên người ta sử dụng anode quay để thay đổi liên tục điểm tiếp xúc của anode và chùm electron, làm cho diện tích vết hội tụ rất bé so với diện tích giải nhiệt. Chuyển động quay làm cho vị trí đập của electron lên anode thay đổi liên tục, điều này làm cho anode mòn đều nên không ảnh hưởng đến góc phát tia. Chuyển động quay còn có tác dụng tiêu tán lượng nhiệt sinh ra trong quá trình phát tia X làm
tăng công suất bóng, tăng tuổi thọ anode. Với những ưu điểm trên, anode quay được sử dụng phổ biến trong các thiết bị chụp X-quang hiện nay.
Anode quay được thiết kế dạng hình đĩa có gờ vát nghiêng một góc θ so với mặt phẳng thẳng đứng, có tác dụng hướng phần lớn tia X ló ra phía cổng của ống phát. Đường phân giác của góc vát phải nằm trong vùng ló ra của tia X, góc vát được thiết kế sao cho phù hợp với mục đích sử dụng. Góc vát càng nhỏ thì độ phân giải không gian càng lớn nhưng lại làm giảm diện tích hiệu dụng của tiêu điểm và diện tích bao phủ của vùng tia X phát xạ. Anode với góc vát nhỏ ( 70 – 90) thích hợp với các thiết bị thu nhận cỡ nhỏ như máy chụp X-quang động mạch, chụp dây thần kinh… Các máy X-quang thường quy thông dụng yêu cầu vùng chụp lớn thì thường sử dụng anode có góc vát lớn ( 120 -160). Kích thước của đĩa anode nằm trong khoảng từ 5cm – 12,5cm và kích thước này quyết định khả năng chịu nhiệt của anode. Góc vát ảnh hưởng đến suất liều chiếu lên bệnh nhân do ảnh hưởng đến hiệu suất phát ra tia X. Ngoài ra góc vát còn ảnh hưởng đến nhiệt độ của anode do ảnh hưởng đến phần diện tích trên anode mà chùm electron đập vào, diện tích này càng nhỏ thì nhiệt độ càng cao. [6]
Vật liệu:
Do phần lớn năng lượng electron đập vào anode được chuyển hóa thành nhiệt năng (trên 99%) nên anode phải có khả năng chịu nhiệt cao. Hầu hết các ống tia X đều sử dụng Volfram ( Z =74) làm vật liệu anode vì Volfram là một kim loại nặng, dẫn nhiệt tốt và chịu được nhiệt độ cao (nhiệt độ nóng chảy lên đến 33700C), khả năng bay hơi rất thấp.
Hình 2.5. Cấu tạo anode quay [7]
Những năm gần đây người ta dùng nguyên liệu hỗn hợp Rheni (Re)- Volfram-Molypden (RTM) để chế tạo anode, trong đó hợp kim của Volfram và Rheni được sử dụng làm vật liệu bề mặt anode. Mặt cắt ngang của anode RTM được thể hiện trong hình 2.6. Lớp hợp kim Rheni-Volfram trên bề mặt anode dày khoảng 1,3mm, bên trong là lớp Molybdenum dày 5-11mm (một số hãng sản xuất sử dụng Graphit thay cho Molybdenum). Hợp kim Rheni-Volfram có tỉ lệ khối lượng tùy thuộc vào mỗi hãng sản xuất, ví dụ như: W-Re 3%, W-Re 5%, W-Re 25%, W-Re 26%. [8]
Hình 2.6. Mặt cắt của một anode RTM
c. Hiệu ứng chân (Heel effect)
Vì anode được bố trí nghiêng góc nên cường độ chùm tia X phát ra dọc theo trục ống tia X sẽ khác nhau, tức là có sự phân bố không đồng đều dọc theo
hướng song song với trục cathode-anode. Ảnh hưởng này được gọi là hiệu ứng chân (Heel effect). Sự khác nhau này là do bia anode hấp thụ chính photon mà nó phát ra. [6]
Hình 2.7. Sự phân bố chùm tia X theo phương song song với trục cathode-anode 2.1.2. Vỏ ống chân không, dầu tản nhiệt, vỏ kim loại, cửa sổ ống phát tia X 2.1.2.1. Vỏ ống chân không
Chức năng
Vỏ chân không bao bọc lấy cathode, anode, rotor để duy trì môi trường gần như chân không (áp suất dưới 10-5 mmHg) có các tác dụng sau: hỗ trợ cách điện cho anode và cathode; hạn chế sự mất mát năng lượng của dòng electron do va chạm với các phân tử khí trong ống khi di chuyển từ cathode đến anode; hạn chế sự oxi hóa các thiết bị kim loại bên trong ống khi làm việc ở nhiệt độ cao do đó tăng tuổi thọ của bóng X-quang.
Vỏ ống thường làm bằng thủy tinh borosilicate là loại thủy tinh chống nhiệt có ít nhất 5% oxit boron (B2O3). Vỏ thủy tinh có bề dày khoảng 1-2 mm tùy theo thiết kế của mỗi hãng, một số hãng chế tạo loại thủy tinh borisilicat có pha chì trừ phần thủy tinh ở lối ra nhằm ngăn chùm tia X đi ra theo các hướng khác.