Rentgen nurlari elektron energiyasini fotonlarga aylantirish orqali hosil bo'ladi, bu rentgen trubkasida sodir bo'ladi. Radiatsiya miqdori (ta'sir qilish) va sifati (spektri) qurilmaning oqimi, kuchlanishi va ish vaqtini o'zgartirish orqali sozlanishi mumkin.
Ish printsipi
Rentgen naychalari (fotosurat maqolada keltirilgan) energiya konvertorlari hisoblanadi. Ular uni tarmoqdan olib, boshqa shakllarga - kirib boradigan radiatsiya va issiqlikka aylantiradilar, ikkinchisi esa kiruvchi qo'shimcha mahsulotdir. Rentgen naychasining dizayni shundayki, u foton ishlab chiqarishni maksimal darajada oshiradi va issiqlikni imkon qadar tezroq tarqatadi.
Quvur nisbatan oddiy qurilma boʻlib, odatda ikkita asosiy elementni oʻz ichiga oladi - katod va anod. Tok katoddan anodga o‘tganda elektronlar energiyani yo‘qotadi, bu esa rentgen nurlarining hosil bo‘lishiga olib keladi.
Anod
Anod - bu chiqaradigan komponentyuqori energiyali fotonlar. Bu elektr davrining musbat qutbiga ulangan nisbatan massiv metall element. Ikkita asosiy funktsiyani bajaradi:
- elektron energiyasini rentgen nurlariga aylantiradi,
- issiqlikni tarqatadi.
Anod materiali bu funksiyalarni yaxshilash uchun tanlangan.
Ideal holda, elektronlarning aksariyati issiqlik emas, balki yuqori energiyali fotonlarni hosil qilishi kerak. Ularning umumiy energiyasining rentgen nurlariga aylanadigan qismi (samaradorlik) ikkita omilga bog'liq:
- anod materialining atom raqami (Z),
- elektronlar energiyasi.
Koʻpchilik rentgen naychalari anod materiali sifatida volframdan foydalanadi, uning atom raqami 74 ga teng. Bu metall katta Z ga ega boʻlishidan tashqari, uni shu maqsadda yaroqli qiladigan boshqa xususiyatlarga ham ega. Volfram qizdirilganda mustahkamlikni saqlab turish qobiliyati, yuqori erish nuqtasi va past bug'lanish tezligi bilan noyobdir.
Ko'p yillar davomida anod sof volframdan yasalgan. So'nggi yillarda bu metallning reniy bilan qotishmasi qo'llanila boshlandi, lekin faqat sirtda. Volfram-renium qoplamasi ostidagi anodning o'zi issiqlikni yaxshi saqlaydigan engil materialdan qilingan. Ikkita bunday moddalar molibden va grafitdir.
Mammografiya uchun ishlatiladigan rentgen naychalari molibden bilan qoplangan anod bilan tayyorlanadi. Ushbu material oraliq atom raqamiga (Z=42) ega bo'lib, u uchun qulay energiya bilan xarakterli fotonlarni hosil qiladi.ko'krak qafasini suratga olish uchun. Ba'zi mammografiya asboblarida rodiydan yasalgan ikkinchi anod ham mavjud (Z=45). Bu sizga energiyani oshirish va qattiq ko'kraklar uchun ko'proq penetratsiyaga erishish imkonini beradi.
Reniy-volfram qotishmasidan foydalanish uzoq muddatli radiatsiya chiqishini yaxshilaydi - vaqt o'tishi bilan sof volfram anodli qurilmalarning samaradorligi sirtning termal shikastlanishi tufayli pasayadi.
Ko'pchilik anodlar qiyshiq disklar shaklida bo'lib, rentgen nurlarini chiqaradigan holda ularni nisbatan yuqori tezlikda aylantiruvchi elektr motor miliga biriktirilgan. Aylanishdan maqsad issiqlikni olib tashlashdir.
Fokal nuqta
Rentgen nurlarini hosil qilishda butun anod ishtirok etmaydi. Bu uning yuzasining kichik maydonida - fokusli nuqtada paydo bo'ladi. Ikkinchisining o'lchamlari katoddan keladigan elektron nurning o'lchamlari bilan belgilanadi. Aksariyat qurilmalarda u to‘rtburchak shaklga ega va 0,1-2 mm orasida o‘zgarib turadi.
Rentgen naychalari ma'lum bir markazlashtirilgan nuqta o'lchamiga ega. U qanchalik kichik boʻlsa, tasvir shunchalik kam loyqa va aniqroq boʻladi, qanchalik katta boʻlsa, issiqlik tarqalishi shunchalik yaxshi boʻladi.
Fokal nuqta kattaligi rentgen naychalarini tanlashda e'tiborga olinadigan omillardan biridir. Ishlab chiqaruvchilar yuqori piksellar sonini va etarlicha past nurlanishga erishish zarur bo'lganda kichik fokusli nuqtalarga ega qurilmalarni ishlab chiqaradilar. Masalan, bu mamografiyada bo'lgani kabi tananing kichik va ingichka qismlarini tekshirishda talab qilinadi.
Rentgen naychalari asosan ikkita fokusli nuqta oʻlchamiga ega, katta va kichik boʻlib ishlab chiqariladi, ularni operator tasvirlash tartibiga koʻra tanlashi mumkin.
Katod
Katodning asosiy vazifasi elektronlarni hosil qilish va ularni anodga yo'n altirilgan nurga yig'ishdir. Qoida tariqasida, u chashka shaklidagi chuqurchaga botirilgan kichik simli spiraldan (ip) iborat.
Sonchadan oʻtuvchi elektronlar odatda oʻtkazgichni tark eta olmaydi va boʻsh joyga kira olmaydi. Biroq, agar ular etarlicha energiya olsalar, buni qilishlari mumkin. Termal emissiya deb nomlanuvchi jarayonda issiqlik katoddan elektronlarni chiqarish uchun ishlatiladi. Bu evakuatsiya qilingan rentgen trubkasidagi bosim 10-6–10-7 mmHg ga yetganda mumkin bo'ladi. Art. Filament undan oqim o'tganda cho'g'lanma lampaning filamenti kabi qiziydi. Rentgen trubasining ishlashi katodni undan elektronlarning bir qismini issiqlik energiyasi bilan siljishi bilan porlash haroratiga qizdirish bilan birga keladi.
Balon
Anod va katod germetik yopiq idishda joylashgan. Balon va uning tarkibi ko'pincha cheklangan xizmat muddatiga ega va almashtirilishi mumkin bo'lgan qo'shimcha deb ataladi. Rentgen naychalari asosan shisha lampalardan iborat, ammo ba'zi ilovalar uchun metall va keramik lampalar ishlatiladi.
Balonning asosiy vazifasi anod va katodni qoʻllab-quvvatlash va izolyatsiyalash hamda vakuumni saqlashdan iborat. Evakuatsiya qilingan rentgen trubkasidagi bosim15°C da 1,2 10-3 Pa. Balonda gazlar mavjudligi elektr tokining faqat elektron nur shaklida emas, balki qurilma orqali erkin oqishiga imkon beradi.
Kol
Rentgen trubasining konstruksiyasi shundayki, uning tanasi boshqa komponentlarni oʻrab olish va qoʻllab-quvvatlashdan tashqari, qalqon vazifasini bajaradi va radiatsiyani yutadi, faqat derazadan oʻtayotgan foydali nurdan tashqari. Uning nisbatan katta tashqi yuzasi qurilma ichida hosil bo'ladigan issiqlikning katta qismini tarqatadi. Korpus va qistirma orasidagi boʻshliq izolyatsiya va sovutish uchun moy bilan toʻldirilgan.
Zanjir
Elektr zanjiri trubkani generator deb ataladigan energiya manbaiga ulaydi. Manba tarmoqdan quvvat oladi va o'zgaruvchan tokni to'g'ridan-to'g'ri oqimga aylantiradi. Jeneratör shuningdek, ba'zi sxema parametrlarini sozlash imkonini beradi:
- KV - kuchlanish yoki elektr potentsiali;
- MA - trubkadan o'tadigan oqim;
- S – davomiylik yoki taʼsir qilish vaqti, soniyaning kasrlarida.
Sxema elektronlar harakatini ta'minlaydi. Ular generatordan o'tib, energiya bilan zaryadlanadi va uni anodga beradi. Ular harakatlanayotganda ikkita transformatsiya sodir bo'ladi:
- potentsial elektr energiyasi kinetik energiyaga aylanadi;
- kinetik oʻz navbatida rentgen nurlari va issiqlikka aylanadi.
Potentsial
Elektronlar lampochkaga kirganda, ular potentsial elektr energiyasiga ega bo'lib, uning miqdori anod va katod orasidagi KV kuchlanish bilan belgilanadi. Rentgen trubkasi ishlaydikuchlanish ostida, 1 KV yaratish uchun har bir zarrachada 1 keV bo'lishi kerak. KV ni sozlash orqali operator har bir elektronga ma'lum miqdorda energiya beradi.
Kinetika
Evakuatsiya qilingan rentgen trubkasidagi past bosim (15°C da 10-6–10-7 mmHg.) termion emissiya va elektr quvvati ta'sirida zarrachalarning katoddan anodga uchib chiqishiga imkon beradi. Bu kuch ularni tezlashtiradi, bu esa tezlik va kinetik energiyaning oshishiga va potentsialning pasayishiga olib keladi. Zarracha anodga urilganda uning potentsiali yo'qoladi va uning barcha energiyasi kinetik energiyaga aylanadi. 100 keV elektron yorug'lik tezligining yarmidan yuqori tezlikka erishadi. Sirtga urilganda, zarralar juda tez sekinlashadi va kinetik energiyasini yo'qotadi. U rentgen nurlari yoki issiqlikka aylanadi.
Elektronlar anod materialining alohida atomlari bilan aloqa qiladi. Nurlanish ular orbitallar (rentgen fotonlari) va yadro (bremsstrahlung) bilan o'zaro ta'sirlashganda hosil bo'ladi.
Link Energy
Atom ichidagi har bir elektron ma'lum bir bog'lanish energiyasiga ega, bu ikkinchisining o'lchamiga va zarrachaning joylashgan darajasiga bog'liq. Bog'lanish energiyasi xarakterli rentgen nurlarini yaratishda muhim rol o'ynaydi va atomdan elektronni olib tashlash uchun zarurdir.
Bremsstrahlung
Bremsstrahlung eng koʻp foton ishlab chiqaradi. Anod materialiga kirib, yadro yaqinidan o'tadigan elektronlar burilib, sekinlashadi.atomning tortishish kuchi. Ularning bu toʻqnashuvda yoʻqolgan energiyasi rentgen fotoni sifatida koʻrinadi.
Spektr
Faqat bir nechta fotonlar elektronlarnikiga yaqin energiyaga ega. Ularning aksariyati pastroq. Faraz qilaylik, yadroni o'rab turgan bo'shliq yoki maydon mavjud bo'lib, unda elektronlar "tormozlash" kuchini boshdan kechiradi. Ushbu maydonni zonalarga bo'lish mumkin. Bu yadro maydoniga markazda atom joylashgan nishon ko'rinishini beradi. Nishonning istalgan nuqtasiga urilgan elektron sekinlashuvni boshdan kechiradi va rentgen fotoni hosil qiladi. Markazga eng yaqin bo'lgan zarralar eng ko'p ta'sir qiladi va shuning uchun eng ko'p energiyani yo'qotadi va eng yuqori energiyali fotonlarni hosil qiladi. Tashqi zonalarga kiradigan elektronlar zaifroq o'zaro ta'sirga ega va kamroq energiya kvantlarini hosil qiladi. Zonalarning kengligi bir xil bo'lsa-da, ular yadrogacha bo'lgan masofaga qarab boshqa maydonga ega. Berilgan zonaga tushadigan zarralar soni uning umumiy maydoniga bog'liq bo'lganligi sababli, tashqi zonalar ko'proq elektronlarni ushlab, ko'proq fotonlar hosil qilishlari aniq. Bu model rentgen nurlarining energiya spektrini bashorat qilish uchun ishlatilishi mumkin.
Emax asosiy bremsstrahlung spektrining fotonlari Emax elektronlariga mos keladi. Bu nuqtadan pastroqda, foton energiyasi kamayishi bilan ularning soni ortadi.
Asosiy miqdordagi past energiyali fotonlar anod yuzasi, trubka oynasi yoki filtrdan oʻtishga harakat qilganda soʻriladi yoki filtrlanadi. Filtrlash odatda o'tadigan materialning tarkibi va qalinligiga bog'liqnur o'tadi, bu spektrning past energiyali egri chizig'ining yakuniy shaklini belgilaydi.
KV ta'siri
Spektrning yuqori energiyali qismi kV (kilovolt) rentgen naychalaridagi kuchlanish bilan aniqlanadi. Buning sababi shundaki, u anodga yetib boradigan elektronlarning energiyasini aniqlaydi va fotonlar bundan yuqori potentsialga ega bo'lolmaydi. Rentgen trubkasi qanday kuchlanish bilan ishlaydi? Maksimal foton energiyasi maksimal qo'llaniladigan potentsialga mos keladi. Bu kuchlanish AC tarmoq oqimi tufayli ta'sir qilish vaqtida o'zgarishi mumkin. Bunda fotonning Emax tebranish davri KVp maksimal kuchlanishi bilan aniqlanadi.
Kvant potentsialidan tashqari KVp ma'lum miqdordagi elektronlarning anodga urilishi natijasida hosil bo'ladigan nurlanish miqdorini aniqlaydi. Bremsstrahlungning umumiy samaradorligi KVp bilan belgilanadigan bombardimon elektronlar energiyasining ortishi hisobiga oshgani uchun KVpqurilmaning samaradorligiga ta'sir qiladi.
KVp ni oʻzgartirish odatda spektrni oʻzgartiradi. Energiya egri chizig'i ostidagi umumiy maydon fotonlar soni. Filtrsiz spektr uchburchak bo'lib, nurlanish miqdori KV kvadratiga proportsionaldir. Filtr mavjud bo'lganda, KV ning oshishi ham fotonlarning kirib borishini oshiradi, bu filtrlangan nurlanish foizini kamaytiradi. Bu radiatsiya chiqishining oshishiga olib keladi.
Xarakterli nurlanish
Xarakteristikani keltirib chiqaradigan shovqin turiradiatsiya yuqori tezlikdagi elektronlarning orbital elektronlar bilan to'qnashuvini o'z ichiga oladi. O'zaro ta'sir faqat kiruvchi zarracha atomdagi bog'lanish energiyasidan Ek ko'p bo'lganda sodir bo'lishi mumkin. Ushbu shart bajarilganda va to'qnashuv sodir bo'lganda, elektron chiqariladi. Bunday holda, yuqori energiya darajasidagi zarracha bilan to'ldirilgan bo'sh joy qoladi. Elektron harakatlanayotganda u energiya beradi, bu rentgen kvanti shaklida chiqariladi. Bu xarakterli nurlanish deb ataladi, chunki fotonning E belgisi anod hosil bo'lgan kimyoviy elementning xarakteristikasidir. Masalan, volframning K-darajasidan Ebogʻi=69,5 keV boʻlgan elektron ishdan chiqqanda, boʻsh joy L darajasidagi E boʻlgan elektron bilan toʻldiriladi. bog'lanish=10, 2 keV. X-nurli fotonning xarakteristikasi ushbu ikki daraja orasidagi farqga teng energiyaga ega yoki 59,3 keV.
Aslida bu anod materiali bir qator xarakterli rentgen energiyasini keltirib chiqaradi. Buning sababi shundaki, turli energiya darajalaridagi elektronlar (K, L, va hokazo) zarralarni bombardimon qilish orqali nokaut qilinishi mumkin va bo'sh o'rinlarni turli energiya darajalaridan to'ldirish mumkin. L-darajali bo'sh o'rinlarni to'ldirish fotonlarni hosil qilsa-da, ularning energiyalari diagnostik tasvirlashda foydalanish uchun juda past. Har bir xarakterli energiyaga bo'sh joy hosil bo'lgan orbitalni ko'rsatadigan belgi, elektron to'ldirish manbasini ko'rsatadigan indeks beriladi. Alfa indeksi (a) L darajasidan elektronning ishg'ol qilinishini ko'rsatadi va beta (b)M yoki N darajasidan toʻldirish.
- Volfram spektri. Ushbu metallning xarakterli nurlanishi bir nechta diskret energiyadan iborat chiziqli spektrni hosil qiladi, bremsstrahlung esa uzluksiz taqsimotni hosil qiladi. Har bir xarakteristik energiya tomonidan ishlab chiqarilgan fotonlar soni K darajasidagi bo'sh joyni to'ldirish ehtimoli orbitalga bog'liqligi bilan farqlanadi.
- Molibden spektri. Mammografiya uchun ishlatiladigan ushbu metall anodlari ikkita juda kuchli xarakterli rentgen energiyasini ishlab chiqaradi: 17,9 keVda K-alfa va 19,5 keVda K-beta. O'rta kattalikdagi ko'krak bezlari uchun kontrast va nurlanish dozasi o'rtasidagi eng yaxshi muvozanatga erishish imkonini beruvchi rentgen naychalarining optimal spektri Eph=20 keV da erishiladi. Biroq, bremsstrahlung yuqori energiyada ishlab chiqariladi. Mammografiya uskunasi spektrning kiruvchi qismini olib tashlash uchun molibden filtridan foydalanadi. Filtr "K-chekka" tamoyili bo'yicha ishlaydi. U molibden atomining K-darajasida elektronlarning bogʻlanish energiyasidan ortiq nurlanishni yutadi.
- Rodiy spektri. Rodiyning atom raqami 45, molibdenning atom raqami esa 42. Shuning uchun rodyum anodining xarakterli rentgen nurlanishi molibdennikiga qaraganda bir oz yuqoriroq energiyaga ega bo'ladi va ko'proq kirib boradi. Bu zich ko'kraklarni tasvirlash uchun ishlatiladi.
Ikki yuzli molibden-rodiy anodlari operatorga turli koʻkrak oʻlchamlari va zichligi uchun optimallashtirilgan taqsimotni tanlash imkonini beradi.
KV ning spektrga ta'siri
KV qiymati xarakterli nurlanishga katta ta'sir qiladi, chunki KV K darajasidagi elektronlarning energiyasidan kam bo'lsa, u hosil bo'lmaydi. KV bu chegaradan oshib ketganda, nurlanish miqdori odatda trubka KV va chegara KV o'rtasidagi farqga mutanosib bo'ladi.
Asbobdan chiqadigan rentgen fotonlarining energiya spektri bir qancha omillar bilan belgilanadi. Qoidaga ko'ra, u bremsstrahlung va xarakterli o'zaro ta'sir kvantlaridan iborat.
Spektrning nisbiy tarkibi anod materiali, KV va filtrga bog'liq. Volfram anodli naychada KV< 69,5 keV da xarakterli nurlanish hosil bo'lmaydi. Diagnostik tadqiqotlarda qo'llaniladigan yuqori CV qiymatlarida xarakterli nurlanish umumiy nurlanishni 25% gacha oshiradi. Molibden qurilmalarida u umumiy avlodning katta qismini tashkil qilishi mumkin.
Samaralilik
Elektronlar tomonidan etkazib beriladigan energiyaning faqat kichik bir qismi nurlanishga aylanadi. Asosiy qismi so'riladi va issiqlikka aylanadi. Radiatsiya samaradorligi anodga berilgan umumiy elektr energiyasidan jami nurlanish energiyasining nisbati sifatida aniqlanadi. Rentgen trubkasi samaradorligini belgilovchi omillar qo'llaniladigan kuchlanish KV va atom raqami Z hisoblanadi. Misol munosabati quyidagicha:
Effektivlik=KV x Z x 10-6.
Samarali quvvat va KV o'rtasidagi bog'liqlik rentgen apparatlaridan amaliy foydalanishga o'ziga xos ta'sir ko'rsatadi. Issiqlik chiqishi tufayli quvurlar elektr miqdori bo'yicha ma'lum chegaraga egaular tarqatishi mumkin bo'lgan energiya. Bu qurilmaning quvvatiga cheklov qo'yadi. KV oshgani sayin, issiqlik birligi uchun hosil bo'ladigan nurlanish miqdori sezilarli darajada oshadi.
Rentgen nurlanishining samaradorligi anod tarkibiga bog'liqligi faqat akademik qiziqish uyg'otadi, chunki ko'pchilik qurilmalarda volfram ishlatiladi. Istisno - mamografiyada ishlatiladigan molibden va rodyum. Bu qurilmalarning atom raqami pastligi tufayli ularning samaradorligi volframdan ancha past.
Samaralilik
Rentgen nayining samaradorligi har 1 mAs uchun fokus nuqtasidan 1 m masofada joylashgan foydali nurning markazidagi nuqtaga etkazilgan ta'sirning millirengenlarda miqdori sifatida aniqlanadi. elektronlar qurilma orqali o'tadi. Uning qiymati qurilmaning zaryadlangan zarrachalar energiyasini rentgen nurlariga aylantirish qobiliyatini ifodalaydi. Bemorning ta'sirini va tasvirni aniqlash imkonini beradi. Samaradorlik singari, qurilma samaradorligi ham bir qator omillarga bog'liq, jumladan KV, kuchlanish to'lqin shakli, anod materiali va sirt shikastlanishi, filtr va foydalanish vaqti.
KV nazorati
KV rentgen trubkasi chiqishini samarali boshqaradi. Odatda, chiqish KV kvadratiga proportsional deb taxmin qilinadi. KVni ikki baravar oshirish ekspozitsiyani 4 baravar oshiradi.
To'lqin shakli
Toʻlqin shakli ishlab chiqarish jarayonida KVning vaqt oʻtishi bilan oʻzgarishini tavsiflaydielektr ta'minotining tsiklik xususiyati tufayli radiatsiya. Bir nechta turli xil to'lqin shakllari qo'llaniladi. Umumiy tamoyil shundan iboratki, KV shakli qanchalik kam o'zgarsa, rentgen nurlari shunchalik samarali ishlab chiqariladi. Zamonaviy uskunalar nisbatan doimiy KVga ega generatorlardan foydalanadi.
Rentgen naychalari: ishlab chiqaruvchilar
Oxford Instruments turli xil qurilmalar, jumladan, 250 Vt gacha shisha qurilmalar, 4-80 kV potentsial, 10 mikrongacha fokusli nuqta va keng assortimentdagi anod materiallari, jumladan Ag, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Pd, Rh, Ti, W.
Varian 400 dan ortiq turli turdagi tibbiy va sanoat rentgen naychalarini taklif etadi. Boshqa taniqli ishlab chiqaruvchilar: Dunlee, GE, Philips, Shimadzu, Siemens, Toshiba, IAE, Hangzhou Wandong, Kailong va boshqalar.
Rentgen naychalari "Svetlana-Rentgen" Rossiyada ishlab chiqariladi. Aylanadigan va statsionar anodli an'anaviy qurilmalardan tashqari, kompaniya yorug'lik oqimi bilan boshqariladigan sovuq katodli qurilmalarni ishlab chiqaradi. Qurilmaning afzalliklari quyidagilardan iborat:
- doimiy va impuls rejimlarida ishlaydi;
- inersiyasizlik;
- LED oqim intensivligini tartibga solish;
- spektrning tozaligi;
- turli intensivlikdagi rentgen nurlarini olish imkoniyati.
