المكونات الرئيسية لأنبوب الأشعة السينية
1.
الفتيلة : مصدر الإلكترونات
تختار مادة الفتيلة في أنابيب الأشعة السينية من بين
الفلزات التي تتمتع بدرجة انصهار مرتفعة. وتستخدم فتيلة مصنوعة من سلك رفيع من
التنجستين في معظم أنابيب الأشعة السينية، حيث تبلغ درجة حرارة انصهاره ۳۵۲۲ درجة مئوية. والسلك الرفيع يعمل على
مقاومة مرور التيار الكهربي خلاله؛ ولذلك ترتفع درجة حرارة السلك مع زيادة شدة
التيار الكهربي المار فيه، وقد تصل إلى أمبيرات عدة (الأمبير: وحدة لقياس شدة
التيار الكهربي). تتحرر الإلكترونات من سطح الفتيلة الساخنة بمعدل يتزايد مع زيادة
شدة التيار الكهربي. وتنطلق الإلكترونات مسرعة نحوالمصعد تحت تأثير فرق جهد كهربي
كبير حتى تصطدم ببقعة صغيرة في مادة الهدف التي تسمى بقعة التجميع (أو البقعة البؤرية)،
وهي المساحة التي تسقط عليها الإلكترونات المعجلة، وتنطلق منها الأشعة السينية.
وكلما انحصر اصطدام الإلكترونات المعجلة في بقعة صغيرة
من الهدف، كان أداء الأشعة الصادرة أفضل عند الاستخدام، مثل: الحصول على صور
إشعاعية أكثر وضوحا. ولذلك يؤخذ في الحسبان أثناء تصميم الأنبوب ضرورة انطلاق
الإلكترونات من الفتيلة على شكل حزمة رفيعة جدا. وتثبت الفتيلة داخل غلاف معدني
سالب الشحنة؛ لإتمام هذا الهدف. وهذا الغلاف يعمل على تنظيم حركة الإلكترونات في
شكل شعاع بواسطة قوة التنافر الكهروستاتيكية بين الغلاف المعدني والإلكترونات
سالبة الشحنة. ويطلق على الفتيلة والغلاف المعدني ما دائرة الكاثود ( أو القطب
السالب)
2.
المصعد : مجمع الإلكترونات
المصعد قضيب اسطواني من النحاس تحتوي نهايته المواجهة
للقطب السالب ( الكاثود) على شريحة مادة الهدف. واصطدام الإلكترونات المعجلة بمادة
الهدف في بقعة صغيرة نسبيا يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الهدف؛ ولذلك يعد التخلص من
هذه الحرارة أحد المتطلبات المهمة عند تصميم مادة الهدف.
ويتخلص من الحرارة الناتجة أثناء التشغيل بأكثر من
طريقة حسب التصميم، والغرض من استخدام الأنبوب. ويمكن التخلص من الحرارة بواسطة
التوصيل الحراري عبر قضيب المصعد إلى خارج الأنبوب؛ لتتم عملية التبريد بالزيت، أو
أي وسيلة أخرى، مثل: زعانف التبريد، وخاصة في أنابيب المصعد الثابت. أما شريحة الأنابيب التي تحتوي على مصعد
دوار يتحرك حركة دائرية سريعة، فتوع الحرارة المتولدة على أكبر مساحة ممكنة من
مادة الهدف (انظر: الشكل رقم ۱-۳). وترسل هذه الحرارة إلى مخزن من الزيت محيط
بالأنبوب. وهذا المخزن يؤدي وظيفتين، الوظيفة الأولى: تبديد الحرارة المتولدة في
مادة الهدف، والوظيفة الثانية: عزل الأنبوب عن مصدر الجهد الكهربي العالي.
تكون المصاعد الثابتة لدى بعض أنابيب الأشعة السينية
محاطة بطبقات متداخلة في شكل أقنعة من النحاس والتنجستين؛ لمنع الإلكترونات
الشاردة من الاصطدام بالغلاف الزجاجي، أو أي مكونات أخرى بالأنبوب. والإلكترونات
الشاردة هي: الإلكترونات الثانوية التي نتجت
عن مادة الهدف عند اصطدام الإلكترونات السريعة القادمة
من الفتيلة (الإلكترونات الرئيسة) بها، وفي الوقت نفسه تقلل من فرصة ارتداد
الإلكترونات إلى الخلف تجاه القطب السالب عندما تصبح مادة الهدف ساخنة جدا. في حين
أن قناع التنجستين المحيط بالنحاس يمتص الأشعة السينية المتولدة في قناع النحاس،
أو بالأحرى تخفض كثافة شعاع الأشعة السينية في الاتجاهات الأخرى، وهي غير مرغوب
فيها. والفتحات الموجودة في القناع ضرورية؛
لكونها تسمح للإلكترونات المعجلة بالوصول إلى الهدف، كما تسمح أيضا للأشعة السينية
أن تنبعث في الاتجاه المطلوب.
3.
الهدف
الهدف شريحة معدنية توضع ضمن المصعد في مسار
الإلكترونات المعجلة القادمة من الكاثود. وتستخدم في العادة شريحة من التنجستين
كهدف معدني في أنابيب الأشعة السينية المستخدمة في التطبيقات المختلفة، وخاصة
التطبيقات الطبية؛ لأنه يتحمل درجات الحرارة العالية، نظرا لارتفاع درجة انصهاره.
وعلى الرغم من ذلك فإن ارتفاع حرارة مادة الهدف بدرجة كبيرة أثناء التشغيل قد
يتسبب في حدوث نتوءات وتشققات تعمل على تقليل كفاءة إنتاج الأشعة السينية بعد فترة
زمنية قد تطول أو تقصر من تاريخ بداية التشغيل. وهذا الخلل تطلب استبدال التنجستين
النقي بسبيكة من الرينيوم rhenium ، والتنجستين،
ويشكل الرينيوم فيها نسبة (5-۱۰٪). وتتميز هذه السبيكة بمقاومة عالية ضد حدوث
تشققات، وذلك عند الرغبة في الحصول على أشعة سينية ذات طاقة عالية ( الأشعة
السينية القاسية). وتستخدم شرائح من الموليبدنوم (42=Mo،
Z
) أو الروديوم (45= Rh، Z ) كمادة هدف في
بعض التطبيقات الخاصة للأشعة السينية منخفضة طاقة ( الأشعة السينية اللينة-
الناعمة)، مثل: الفحص الإشعاعي للثدي mammography.
في حين عند استخدام الأشعة السينية في تحليل البلورات crystallography
فإن مادة الهدف في الأنبوب تكون في الغالب مصنوعة ٣- الأشعة السينية ذات طاقة
تتراوح بين ۱۲۰
إلكترون فولت إلى ۱۲۰۰۰۰
إلكترون فولت تصنف على أنها أشعة سينية «ناعمة» أما الأشعة السينية القاسية فهي
ذات طاقة أعلى من ذلك. 4 - الرمز " يشير إلى عدد الإلكترونات في الذرة وهو
يساوى عدد البروتونات داخل النواة ولذا يسمى ب ” العدد الذري“.
من النحاس (29=Z)، مع استخدام
الكوبالت (27=Z)، وذلك عندما يكون مستوى أشعة ظاهرة
الفلورية الصادرة عن الحديد الموجود في العينة عاليا؛ مما قد يسبب مشكلة.
وتؤثر مادة الهدف في أنبوب الأشعة السينية في كثافة أو
كمية الأشعة الناتجة عند فرق جهد كهربي معين بين طرفي الأنبوب بفرض ثبات شدة
التيار، ولذلك تختلف مادة الهدف تلك بناء على نوع التطبيق للأشعة.
المصادر
1. F. M. Khan, The Physics of Radiation
Therapy, Chapter 3: Production of X-rays, 4th edition, Lippincott Williams
& Wilkins (2010).
2. J. T. Bushberg, J. A. Seibert, E. M.
Leidholdt and J. M. Boone, TheEssential Physics for Medical Imaging, Chapter 5:
X-ray, Lippincott Williams & Wilkins Division, (2002).
3. IAEA publications, Radiation Oncology
Physics, Chapter 5: Treatment Machines for External Beam Radiotherapy, VIENNA,
(2005) page 128. Or, The original source: H. E. Johns, J. R. Cunningham, The
Physics of Radiobiology, 4th Edition, Chapter 2: The production and Properties
of X-rays, Charles C Thomas Publisher (1983) page 53.
4. D. G. Schulzel and P. M. Bertsch,
Synchrotron X-ray Techniques in Soil, Plant and Environmental Research,
Advances in Agronomy, Vol. 55 (1995) page 5.
5. M. Hoheisel, Review of medical imaging
with emphasis on X-ray detectors, Nuclear Instruments and Methods in Physics
Research A, Vol. 563 (2006) pages 215–224.
6. L. Shekhtman, Novel position-sensitive
gaseous detectors for X-rayimaging, Nuclear Instruments and Methods in Physics
Research A, Vol. 522 (2004) pages 85–92.
7. J. P. Ponpon, Semiconductor detectors
for 2D X-ray imaging, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A,
Vol. 551 (2005) pages 15–26.
تعليقات
إرسال تعليق