Rendgenska cijev je izvorrendgenskog zračenja u današnjim rendgenskim uređajima istrojevima. Danas se upotrebljavaju rendgenske cijevi s užarenomkatodom, koje su mnogo učinkovitije u emitiranjuelektrona od hladne katode uionskim cijevima, kao što su bileCrookesova cijev ili Coolidgeova cijev (William David Coolidge).
Maksimalna struja elektrona koja može izaći iz užarene katode (struja zasićenja), jako ovisi otemperaturi katode. Žarna nit rendgenske cijevi izrađuje se odvolframa, koji ima visokotalište (3422ºC), pa ne dolazi do prevelikogisparavanja katode kod radnih temperatura od 2500 ºC. Obično se radi u području od 2200 do 2500 ºC, što omogućuje trajanje rendgenskih cijevi do 4000 radnih sati.[1]
Katoda se može izvesti u oblikuspirale ilizavojnice. Iz zavojnice elektroni bivaju usmjereni u uskožarište pomoću žarišne elektrode premaanodi, tako da padaju na vrlo usko područje anode koje se naziva žarište. Žarišna elektroda stvaraelektrično polje između katode i anode, koje omogućuje usnopljavanje elektrona prema anodi. Razmak između anode i katode nije velik, oko 10mm, pa se mjesto na anodi zbog toga, a i zbog oštrog usnopljavanja kod viših anodnih napona i jačihelektričnih struja, jako zagrijava (katkad do užarenja). Zato treba da se anoda, čak i kod malo većihsnaga, prisilnohladi. Za sasvim male snage hladi sezrakom, dok se kod većih snaga hladiuljem ilivodom. Osim toga, mjesto gdje elektroni pogađaju anodu, izrađeno je od volframa, koji uz visoko talište ima i relativno velikatomski broj (Z = 74), što povećavastupanj iskorištenja.
Tuljac oko same anode služi za sprječavanje raspršivanja rendgenskog zračenja izvan užeg područja. Prolaz rendgenskog zračenja kroz tuljac olakšan je prozorčićem odberilija, koji vrlo dobro propusta rendgensko zračenje, zbog svog vrlo malog atomskog broja (Z = 4). Berilijski prozorčić se stavlja i na vanjskostaklo rendgenske cijevi. Kako se samo oko 1% uloženeenergije pretvara u rendgensko zračenje, a ostatak od 99% pretvara u toplinu, to se anoda jako zagrijava. Volframska anoda zagrijava se na temperaturu do 1500 ºC, abakrena anoda do 800 ºC. Ako se rendgenskom cijevi žele postići veće energijezračenja, onda uz veće dimenzije anode treba odvoditi toplinu, kako se anoda ne bi pregrijala i rastalila. Hladi se najčešće protokom ulja ili vode u zatvorenom rashladnom sustavu.
Velike snage rendgenske cijevi se mogu postići ako se upotrebljavarotirajuća anoda. Na taj se način zapravo jako proširujepovršina anode na koju udaraju elektroni, a iodvođenje topline je bolje (oko 10 puta). Rotacija anode se ostvaruje tako da je anoda na istojosovini s bakrenimvaljkom koji predstavlja kratkospojenirotor. Stator se postavlja izvan staklenog balona rendgenske cijevi i s rotorom činiasinkroni motor s kratkospojenim rotorom. Stator je načinjen s tri para polova, koji se napajajutrofazno, tako da jebrzina vrtnje oko 2 800 okretaj/minuta. Radi još boljeg hlađenja, brzina vrtnje se može povećati za oko tri puta, što iznosi 8400 okretaj/minuta, uzfrekvenciju od 150Hz. Ulje za hlađenje prisilno kruži u zatvorenom krugu. Ta je cijev predviđena za anodne napone do 300kV. Rendgenske cijevi za ispitivanjekristalne strukture ispektralnu analizu rade s nižimnaponima i sve su hlađene vodom.
Umedicinskojdijagnostici upotrebljavaju se anodni naponi rendgenskih cijevi od 40 do 150kV. Rendgenske cijevi zastomatološku dijagnostiku rade uz niže napone, od 6 do 40 kV, a nisu dulje od 50 mm. Dijagnostičke rendgenske cijevi najviše se izvode s rotirajućom anodom, a snage mogu biti do 25kW.[2]
Rendgenska defektoskopija služi za prozračivanje materijala, a to je pronalaženje nehomogenostimaterijala, pukotina u odljevcima, varovima kodzavarivanja i drugo, pri čemu ne dolazi do razaranja materijala. Za prozračivanje lakihslitina primjenjuju se naponi do 60 kV, zaaluminij od 120 do 150 kV, a začelik 200 kV, pa čak i više. Uz te napone, jačinaelektrične struje je mala. Tako se mogu proučavati komadi čelika debljine do 60 mm. Za čelik debljine veće od 120 mm, potrebni su anodni naponi i do 400 kV, a za još deblje i do 2000 kV. Za čelik debljine veće od 100 mm, danas se upotrebljavagama zračenje iz radionuklida, kao što jekobalt-60, a za čelik debljine 600 mm upotrebljavaju seakceleratori čestica, kojima energija može biti i 30 MeV.
Za strukturne analize materijala upotrebljava semeko rendgensko zračenje. Anodninaponi ne prelaze 70 kV, a obično iznose 40 do 60 kV. Radi se s malim snagama i anodama koje ne rotiraju. Nastoji se što više iskoristiti karakteristično rendgensko zračenje. Kod ispitivanja strukturekristala, snop rendgenskog zračenja karakterističnevalne duljine (monokromatsko zračenje) pada na prostornurešetku kristala, te na osnovi reflektiranog snopa, mogu se utvrditi razmaci među centrima prostorne rešetked, na osnovi poznate valne duljine rendgenskog zračenjaλ ikutaδ upada snopa na kristal:
Na isti način, ako poznamod prostorne rešetke kristala, može se odrediti valna duljina karakterističnog rendgenskog zračenja. Posebnim filtrima mogu se izdvojiti ostale komponente spektra, tako da ostaje samo monokromatsko zračenje. Ispitivanjem kristalne strukture materijala može se odrediti rasporedatoma imolekula u materijalu, što posebno dolazi do izražaja umetalurgiji, kod određivanja sastava slitina, te utjecaja mehaničke i toplinske obrade na takve materijale.
Da bi se dobilo karakteristično rendgensko zračenje različitih valnih duljina, upotrebljavaju se anode (mete) od raznih materijala, ne samo od volframa. Da se omogući promjena materijala anode, rendgenske cijevi se mogu rastaviti. Te rendgenske cijevi zahtijevaju i sustavsisaljki za stvaranjevakuuma poslije svake promjene anode.Atomski broj Z od kojeg je osnovna anoda mora biti manji od najmanjeg atomskog broja elementa slitine koja se ispituje. Da se što više istakne karakteristično rendgensko zračenje, a potisne kontinuirani spektar zračenja, radi se s nižim naponima, od 20 do 70 kV. Zbog male jakosti zračenja, vrijeme djelovanja zračenja na filmu pri strukturnoj analizi može trajati i više od jednog sata. Za povećanje osjetljivosti filma na rendgensko zračenje upotrebljavaju se ionizacijske komore, scintilatijski detektori s brojačima, poluvodički detektori i drugo.
Uz optičku spektralnu analizu, u mnogim slučajevima se upotrebljava i rendgenskaspektralna analiza, koja omogućava da se odredi svaki pojedinikemijski element prema njegovom karakterističnom spektru. Rendgenski spektar određene tvari može se dobiti na dva načina, i to tako da se ispitivana tvar bombardira elektronima, te ona zrači karakteristično rendgensko zračenje (primarno zračenje) ili tako da se tvar ozračuje rendgenskim zračenjem, pa ona emitirafluorescentno (sekundarno) zračenje.[3]
Za primarno zračenje ispitivani materijal se nalazi utisnut na anodi od bakra ili aluminija, bombardiranoj elektronima. Anode se hlade protočnom vodom. Da bi se ispitivani material mogao mijenjati, rendgenska cijev se može rastaviti i svaki put je potrebno isisati zrak iz cijevi. Da bi se rendgensko zračenje različitih valnih duljina moglo razdvojeno prikazati, pušta se snop zračenja da pada na ravni ili blago savinuti kristal od tinjca ilikalcita, koji se neprekidno giba, tako da snop upada pod različitim kutovima.
Rendgenske cijevi za fluorescentnu spektralnu analizu imaju dosta velik otvor prekrivenberilijem, tako da rendgensko zračenje pada na materijal koji se ispituje, a on opet emitira svoje karakteristično zračenje s drugim valnim duljinama (pobuđuje spektar fluorescencije). Elektroni iz užarene katode, koja je oblika spirale, bombardiraju anodu u prstenastom području (promjera oko 6 mm), odakle emitirano rendgensko zračenje prolazi kroz relativno velik otvor (30 mm), kojemu se u neposrednom okolišu nalazi ispitivani materijal. Ako se želi istaći zakočno rendgensko zračenje, upotrebljava se anoda (meta) većeg atomskog broja. Anoda od bakra hladi se protočnom vodom i uzemljena je, pa se ispitivani uzorak može smjestiti direktno u otvor rendgenske cijevi. Anodni naponi nisu visoki, niži su od 50 kV, ali su struje veće, tako da se na anodi mogu podnijeti snage do 5 kW.
Podrobniji članak o temi:Crookesova cijev
Prve rendgenske cijevi su nastale iz Crookesovih cijevi, koje je osmisliobritanskifizičar ikemičar William Crookes i koristile su se sve do 1920. Kod njih se katoda nije grijala, već se rendgensko zračenje stvaraloionizacijom preostalog zraka u cijevi.Tlak je u njima bio od 0,005Pa do 0,1 Pa. Površina anode je bila nagnuta pod određenimkutem, tako da je mogla zračiti rendgensko zračenje sa strane. Katoda je bila konkavna, tako da su elektroni bili usmjereni u vrlo maložarište (oko 1 mm), pa su slike bile vrlo oštre. Treća elektroda ili antikatoda (platina) je bila spojena na anodu i to je popravljalo kvalitetu snimaka.
Za rad se koristilaistosmjerna električna struja, s naponom od 5 do 100 kV. Crookesove cijevi su bile vrlo nepouzdane, jer bi se preostali zrak upio u stijenke cijevi, pa se tlak s vremenom smanjivao. Na taj način bi porastao napon, stvarajući sve tvrđe rendgensko zračenje (sve manjavalna duljina), dok na kraju ne bi prestale raditi. Ponekad su se ubacivale male cjevčice s tinjcem ili liskunom, koji kad bi se grijao, bi ispuštaoplin, koji bi oporavio manjak tlaka u cijevi. Staklo na cijevi bi znalo pocrniti, jer bi rendgensko zračenje mijenjalo njegovu strukturu.
1913. jeameričkifizičarWilliam David Coolidge usavršio Crookesovu cijev, uvodeći užarenu katodu. Radila je s vakuumom od 0,0001 Pa. Užarena katoda je mnogo učinkovitija u emitiranju elektrona od hladne katode u Crookesovoj cijevi. Coolidgeova cijev je radila sa snagama od 0,1 do 18 kW.
Spoznaja o štetnosti rendgenskog zračenja kasni za ogromnim entuzijazmom zbog novih dijagnostičkih mogućnosti i prvi liječnici koji primjenjuju rendgensko zračenje obolijevaju od njega, odnosno od njegovih posljedica. Danas radiološka dijagnostika predstavlja najveći umjetni izvor zračenja prosječne populacije u medicini. Mjera zaštite odionizirajućeg zračenja mora se pridržavati profesionalno osoblje koje to zračenje primjenjuje. Najbolja je zaštita za bolesnika smanjivanje rendgenskih pretraga na razumnu mjeru.
Uradiološkoj dijagnostici zrače uređaji za rendgensko snimanje (primjerice, za snimanjekostiju ilipluća), uređaji za dijaskopiju (primjerice za pregledželuca, irigografija) i uređaji zaračunalna tomografiju (CT).Magnetska rezonancija iultrazvuk ne koriste štetno ionizirajuće zračenje za oslikavanje ljudskoga tijela. Ipak, magnetska rezonancija može biti opasna kod metalnih stranih tijela ili ugrađenog pace-makera. Nažalost, niti jedna od metoda ne pokriva sve dijagnostičke potrebe. Odabir dijagnostičke pretrage treba prepustiti liječniku koji će odrediti najkraći put do točne dijagnoze, uz najmanju štetu za zdravlje bolesnika.
Logičan nastavak na konvencionalnu radiografiju i dijaskopiju su složeniji uređaji koji koriste rendgensko zračenje: uređaj za angiografiju i računalnu tomografiju. Slijede magnetska rezonancija i ultrazvuk, kao najčešće korištena slikovna dijagnostička metoda u suvremenoj medicinskoj praksi.[4]
 | Zajednički poslužitelj ima još gradiva o temiRendgenske cijevi |