contenitore in vetro anodo di tungsteno catodo costituito da un filamento vuoto

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Alfonso Rocco
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e, dal lato opposto, un catodo costituito da un filamento Come per tutti i

1 Questo è un tipico tubo a raggi X utilizzato nei sistemi diagnostici. All interno di un contenitore in vetro, viene inserito un anodo di tungsteno e, dal lato opposto, un catodo costituito da un filamento Come per tutti i tubi a vuoto in generale, un vuoto perfetto è cruciale per il corretto funzionamento del tubo

Il numero di elettroni emessi è una funzione diretta della temperatura del filamento. La temperatura viene controllata direttamente dalla corrente di filamento (2 A.4 A).

2 Gli elettroni liberi, richiesti per produrre le radiazioni, vengono emessi dal riscaldamento del filamento. Il filamento è fatto di tungsteno il quale permette il riscaldamento ad alte temperature senza vaporizzarsi facilmente. Il numero di elettroni emessi è una funzione diretta della temperatura del filamento. La temperatura viene controllata direttamente dalla corrente di filamento (2 A.4 A). Poiché, comunque, l innalzamento della temperatura non è istantanea all applicazione della corrente di controllo, il filamento viene tenuto in standby ad un valore di temperatura leggermente più basso del punto di emissione degli elettroni. Poco prima dell emissione, la temperatura del filamento viene innalzata al valore desiderata. Questa procedura è chiamata preparazione

L energia cinetica viene rilasciata quando gli elettroni interagiscono contro gli atomi dell anodo di tungsteno.

3 Quando viene applicata una alta tensione (40 KV. 150 KV), gli elettroni emessi dal catodo vengono accelerati verso l anodo, vengono cioè caricati di energia cinetica. L energia cinetica viene rilasciata quando gli elettroni interagiscono contro gli atomi dell anodo di tungsteno. Impattando contro l anodo, circa il 99% dell energia viene convertita in calore, e solo l 1% in raggi X La radiazione diverge dal punto di interazione, chiamato macchia focale, come dimostrato in figura

Se un elettrone si inserisce nello spazio tra gli atomi e interagisce solamente in profondità, si produce solamente calore.

4 Se un elettrone passa vicino al nucleo e tutta la sua energia viene trasformata, si ottiene una radiazione della massima energia possibile. Questo è un evento raro e a questa energia corrisponde solo una lieve intensità. Se un elettrone si inserisce nello spazio tra gli atomi e interagisce solamente in profondità, si produce solamente calore. Questo è quello che accade più frequentemente e quindi si verifica il 99% di calore. Se un elettrone cede solo una parte della sua energia nell interazione superficiale, si ottengono delle radiazioni di bassa energia (KeV) ma con una intensità maggiore

5 In pratica, è necessario tener presente che l alta tensione al tubo selezionata imposta il limite dello spettro di energia. Le radiazioni da Bremsstrahlung producono uno spettro con un aumento di intensità alle basse energie Ad un dato flusso di elettroni, una alta tensione al tubo garantisce una più alta energia. In accordo all energia posseduta e alla capacità di penetrare i tessuti molli o densi, la radiazione viene definita molle o dura

6 Se si desidera mantenere la qualità della radiazione, per esempio 100 KeV e alterare solamente l intensità, è necessario alterare il numero di elettroni prodotti. Il numero di elettroni e l intensità della radiazione sono proporzionalmente correlati. Tecnicamente, il flusso di elettroni è quello che chiamiamo corrente di tubo. Come visto in precedenza la corrente di tubo è controllata dalla corrente di filamento. Nella produzione di radiazioni la -tensione del tubo (KV) determina la sua energia -corrente al tubo (ma) determina la sua intensità

Per prevenire questo, l anodo viene fatto ruotare.

7 L area di bersaglio (macchia focale) nella quale gli elettroni impattano, si surriscalda rapidamente. Quando la temperatura supera i 3400 C il tungsteno inizia a fondere rilasciando gas che altera il vuoto. Per prevenire questo, l anodo viene fatto ruotare. Durante la rotazione il calore prodotto viene disperso dalla massa del anodo stesso. Elettricamente, l anodo è un motore asincrono alimentato da uno starter

A causa del continuo surriscaldamento e raffreddamento della macchia focale, la superficie dell anodo diviene ruvida e l area del fuoco può essere facilmente identificata.

8 A causa del continuo surriscaldamento e raffreddamento della macchia focale, la superficie dell anodo diviene ruvida e l area del fuoco può essere facilmente identificata. L aumento della temperatura provoca inoltre una espansione del metallo il quale può portare alla rottura dell anodo. I tagli radiali nell anodo servono per prevenire la rottura dovuta all espansione. Sotto la parte di metallo dell anodo si può notare uno strato di carbonio che serve per aumentare la capacità termica dell anodo

A causa di limiti di peso, lo schermo di piombo non può essere perfetto.

9 Utilizzare un tubo radiogeno può essere puttosto pericoloso: 1) I raggi X sono emessi in tutte le direzioni 2) Viene applicata alta tensione fino a 150 KV Per sicurezza il tubo radiogeno viene montato in una guaina schermata con piombo per assorbire le radiazioni. A causa di limiti di peso, lo schermo di piombo non può essere perfetto. In accordo con gli standards, la perdita di radiazioni non può superare 1mGy/h alla massima condizione. Per isolare l alta tensione, il tubo viene riempito con olio isolante che serve inoltre come dissipatore termico

Quando si affronta il problema della radioprotezione, il collimatore gioca un ruolo importante: Viene utilizzato per ridurre il campo ad una dimensione necessaria all esame.

10 Quando si affronta il problema della radioprotezione, il collimatore gioca un ruolo importante: Viene utilizzato per ridurre il campo ad una dimensione necessaria all esame. Per questo il collimatore è equipaggiato con una serie di piatti di piombo i quali possono limitare il fascio emesso ad un campo quadrato o rotondo. Questi piatti collimanti possono essere sia motorizzati che mossi manualmente. Una regola importante da tenere bene i mente è la seguente: Il campo di emissione non deve mai essere maggiore delle dimensioni del ricevitore dell immagine

Tutte le radiazioni assorbite all interno del corpo e che non possiedono l energia sufficiente per penetrare il corpo e formare una immagine sono radiazioni dannose Per evitare

Lo spettro in figura mostra il risultato di una tensione al tubo di 100 KV in combinazione con una filtrazione equivalente di 2,5 mm di alluminio.

11 Tutte le radiazioni assorbite all interno del corpo e che non possiedono l energia sufficiente per penetrare il corpo e formare una immagine sono radiazioni dannose Per evitare questo effetto vengono utilizzati dei filtri che assorbono le radiazioni molli. Come si vede nel grafico, l alluminio attenua drasticamente le radiazioni molli. Lo spettro in figura mostra il risultato di una tensione al tubo di 100 KV in combinazione con una filtrazione equivalente di 2,5 mm di alluminio. In accordo con le regole internazionali, questa è la filtrazione minima e deve essere garantita dall insieme tubo-guaina Per rendere la radiazione ulteriormente sicura, può essere impiegato un filtro addizionale di rame.

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