Page 28 - IFM_201306_vA 150 dpi

vol. 2 6/2013 Inżynier i Fizyk Medyczny 308
radiologia \ radiology artykuł naukowy \ scientific paper
Rys. 9 Scott Kovaleski i prototyp urządzenia emitującego promienie rentgenowskie
Rys. 7 Schemat lampy ze stałą anodą
Elektrony z katody przyspieszone w polu elektrycznym pomię-
dzy dwiema elektrodami były hamowane (tzw. zjawisko hamowa-
nia) na powierzchni anody. Ich energia kinetyczna przekształcała
się w promieniowanie rentgenowskie, przy czym należy zwrócić
uwagę, że jedynie około 1% tej energii zamieniało się na promie-
niowanie X, a pozostała część na ciepło. Tak niska efektywność
pozostaje do dzisiaj wadą lampy rentgenowskiej (obecnie na pro-
mieniowanie zamienia się 1-4%energii strumienia elektronów) [9].
Odprowadzenie tak dużej ilości ciepła na zewnątrz do dziś stano-
wi podstawowy problem w eksploatacji lampy, który rozwiązano –
w pewnym zakresie – dzięki zastosowaniu wirującej anody (Rys. 8).
Tarczę anody umieszczono w osi lampy wspólnie z wirnikiem
silnika elektrycznego. Wiązka elektronów (dzięki ruchowi obro-
towemu anody) padała wówczas na coraz to inny fragment po-
ruszającej się tarczy. Tę część powierzchni anody, z której było
emitowane promieniowanie X, nazwano ogniskiem promienio-
wania lub ogniskiem rzeczywistym [9].
Koncepcję lampy z wirującą anodą opisał Coolidge w 1915
roku, pracując już wtedy w General Electric. Opis opublikował
w 1895 roku, w grudniowym numerze „American Journal of
Roentgenology”: wirująca anoda osiąga docelowo 750 obrotów na
sekundę z ogniskiem umiejscowionym na okręgu o średnicy 0,75 cala
(19 mm). Taka anoda produkuje 2,5 razy więcej energii w stosunku
do analogicznej nieruchomej anody [10].
Pierwszą komercyjną lampę rentgenowską z z wirującą anodą –
Rotalixwyprodukowała firma Philips z Holandii. Było tow1929 roku.
Dopiero w latach pięćdziesiątych XX wieku lampa z wirującą anodą
stała się standardem stosowanymw aparatach rentgenowskich.
W późniejszym okresie do lamp wprowadzono anodę z podwój-
nym ogniskiem, katodę z tzw. zwierciadłem ogniskującym wiązkę
elektronów (metalowa czasza skupiająca strumień elektronów, za-
pobiegająca ich rozproszeniu) oraz ogniska o coraz mniejszych wy-
miarach. Ogniska temogą osiągać wielkości rzędu nanorozmiarów,
co jest wykorzystywane w specjalnych zastosowaniach [9].
Mimo że sama zasada działania lampy rentgenowskiej pozo-
staje nadal niezmieniona, istnieje ogromna różnorodność ich
konstrukcyjnego wykonania. Wiąże się to z konkretnym przezna-
czeniem danej lampy: do diagnostyki medycznej, zastosowań
przemysłowych lub do badań naukowych.
Aktualnie trwają prace nad miniaturyzacją lamp rentgenow-
skich, a także znalezieniem bardziej wydajnych źródeł swobod-
nych elektronów.
W 2013 roku inżynierowie z University of Missouri odkryli
kompaktowe źródło promieni rentgenowskich. Generator nie
większy od paska gumy do żucia może być wykorzystywany do
budowy skanerów rentgenowskich.
Wynalazek badacze opisali w specjalistycznym magazynie
„IEEE Transaction on Plasma Science” [11]. Kierownik zespo-
łu, prof. Scott Kovaleski (Rys. 9), ocenił perspektywy swojego
wynalazku w słowach: Obecnie aparaty rentgenowskie są duże
i wymagają ogromnych ilości energii elektrycznej. Dzięki naszemu
wynalazkowi wciągu trzech lat możemymieć prototyp ręcznego ska-
nera rentgenowskiego. Urządzenie wielkości telefonu komórkowego
Rys. 8 Lampa z wirującą anodą
1 – szklana obudowa lampy,
2 – katoda,
3 – włókno żarzenia,
4 – zwierciadło ogniskujące wiązkę
elektronów,
5 – anoda,
6 – płytka wolframowa,
7 – ognisko lampy,
9 – wiązka promieni X