Zrychlení elektronů ve vodiči a emise fotonů: Základ pro rentgenové zobrazení

V posledních desetiletích 19. století byly objeveny tzv. elektrony (viz též §1.1, část "Stavba atomů"). Objev X-záření dělal v r.1895 i W.C.Röntgen v laboratoři ve Würtzburgu. Záření vzniká ve zředěném plynu katodové trubice.

Princip rentgenového zobrazení

X-záření je základem vzniku RTG obrazu. Schéma rentgenového zobrazení je na obr.3.2.1. Prozařované látky různé tloušťky se promítají, na film či zobrazovací detektor. Míra zčernání fotografického materiálu závisí na množství prošlého X-záření. Menší tloušťky prozařované látky způsobí větší zčernání fotografického filmu, a naopak.

Rozdíly v atomovém složení tkání a orgánů se odrážejí v jejich různých hustotách. Diagnostika patologických stavů je založena na rozdílném zeslabování X-záření v různých tkáních. Spektrometrie X-záření umožňuje analyzovat atomové složení tkání a orgánů.

Rozlišovací schopnost zobrazení je omezena pološířkou profilu obrazu bodového objektu. V praxi se pohybuje kolem 2-5 lp/mm. Zvýšení intenzity X-záření vede k rozmazání obrazu. Zobrazení X-záření pomocí stupnice šedi je dáno dvěma faktory: druhem zobrazované tkáně a energií X-záření. Pro zobrazení kostí je zapotřebí tvrdšího X-záření (cca 80¸100keV).

Pro zobrazení jemných detailů je důležitá tzv. obrazová matice v počítači. Mohou jemné struktury a detaily zanikat, pokud je snímek přeexponovaný. Použitím vhodné jasové modulace obrazu lze zobrazit i zvláště malé rozdíly denzity a jemné detaily.

Čtěte také: Princip Laseru

Konstrukce a funkce rentgenky

Rentgenka, či trubice (angl. X-ray tube), je zapojená v obvodu s vysokým napětím cca 20-200kV. Katoda obsahuje žhavené vlákno ze spirálky, která má vysokou teplotu tání 3300 °C. Při teplotě cca 2000 °C dochází k emisi elektronů. S rostoucí teplotou výrazně narůstá hustota termoemise elektronů. Napětí mezi katodou a anodou (tj. E = cca 20¸200keV) urychluje elektrony. Při daném žhavení katody, roste i anodový proud, avšak pouze do určité hodnoty. Po dosažení určitého napětí, vzniká elektronový mrak kolem katody.

Brzdné záření vzniká, když se elektrony v látce mění na brzdné záření. Charakteristické X-záření vzniká, když dopadající elektrony interagují s atomy anody a vyrážejí vázané elektrony ze slupek K a L.

Anoda rentgenky se silně zahřívá, proto se používá rotace anody či jejího chlazení. Anoda je vyrobena z těžkého a tepelně odolného kovu, nejčastěji wolframu legovaného rheniem (10%), popř. grafitu. Dopadající elektrony vytvářejí ohnisko na anodě, řádově pouze mikrometry. Využívá se téměř bodového zdroje X-záření.

Klasické rentgenky s rotující anodou jsou zobrazeny na obr.3.2.3 vlevo. Pro chlazení se používá tekutý kov s minimálním třením. Moderní rentgenky (vyvinuté firmou Siemens v r.2004) používají roztavenou kovovou eutektickou slitinu pro chlazení.

Zdroje vysokého napětí a kolimace

Zdroj vysokého anodového napětí je zobrazen na obr.3.2.4. Střídavé napětí pro rotaci anody zajišťuje udržování synchronních otáček. Rentgenka je uložena v ochranném krytu, který zabraňuje úniku X-záření do okolí. Kolimátory se používají k úpravě geometrického tvaru svazku X-záření. Primární a sekundární clony snižují nežádoucí radiační zátěž pacienta (viz obrázek 3.2.5).

Čtěte také: Základní Principy

Zobrazovací detektory X-záření

Zobrazovací detektory X-záření se vyvíjejí s moderními technologiemi. Starší technologie používaly zesilovače obrazu (obr.3.2.6a). Moderní technologie využívají ploché panely (angl. flat panels), které přeměňují X-záření na elektrický signál. Tyto detektory mají matice cca 2000´2000 obrazových elementů, i více. Scintilační vrstva flat panelů má "fibrované" provedení, zlepšuje rozlišovací schopnost. Budoucnost patří pixelovým detektorům (SPD), viz §2.5 "Polovodičové detektory".

Spektrometrie X-záření umožňuje analyzovat složení analyzované látky. Hustota látky ovlivňuje lineární absorpční koeficient. Multi-energetické RTG zobrazení umožňuje materiálové odlišení složení ledvinových kamenů.

Tabulka 1: Parametry X-záření a jejich vliv na kvalitu obrazu

Rozlišení detektorů X-záření se pohybuje kolem 2-5 lp/mm. Lze použít výřezy obrazu - tzv. "magnification" - pro zvětšení části obrazu, beze změny rozlišení.

Čtěte také: Důsledky exponenciálního zrychlení emisí

tags: #zrychlení #elektronů #ve #vodiči #emise #fotonů

Oblíbené příspěvky:

• Emise Korunových Dluhopisů
• Kovový odpad Benešov a okolí
• Ekologická kovová brčka – zlatá varianta: Test
• Rozměry nízkého vanového odpadu
• Ohrožení demokracie v kmeni