المكونات الأساسية لأنابيب الأشعة السينية وعملها
أنابيب الأشعة السينية إما أن تكون محكمة الغلق، وإما
أن تكون متصلة بمضخة على نحو مستمر؛ لحفظ الضغط الداخلي عند قيمة معينة.
ويمكن التعرف على المكونات الأساسية الأنابيب الأشعة
السينية.
ويلاحظ أن الأجزاء الرئيسية تتمثل:
·
غلاف زجاجي
·
دائرة الكاثود
·
الفتيلة
·
المصعد
·
مصدر مستمر للطاقة
الكهربية
·
المحرمات
·
مصيدة أيونات نشطة
·
النافذة
طريقة عمل مكونات الأنابيب الأشعة السينية
·
غلاف زجاجي محكم
الغلق، مصنوع عادة من زجاج خاص يحتوي دائرة الكاثود والمصعد، وذلك تحت ضغط منخفض
جدا (أقل من 0٫01 ميلليمتر زئبق، مع العلم أن الضغط
الجوي العادي يكافئ ۷۰۰
ميلليمتر زئبق ).
·
ودائرة الكاثود
تتضمن فتيلة مغلفة بقناع الكاثود ( الفتيلة عبارة عن سلك رفيع جدا من مادة تتمتع
بدرجة انصهار عالية حتى لا تتلف بسرعة مع ارتفاع درجة حرارتها).
·
المصعد فيتضمن
مادة الهدف في مواجهة الكاثود.
·
يضاف إلى ذلك
ضرورة وجود مصدر مستمر للطاقة الكهربية يسبب فرق جهد كهربي كبير بين طرفي الأنبوب
أثناء التشغيل، بشرط أن يكون المصعد موجا بالنسبة للكاثود. فرق الجهد الكهربي يصل
إلى عشرات الآلاف من الفولت. كل ألف فولت يسمى ”كيلو فولت عند تسخين الفتيلة ينطلق
منها فيض من الإلكترونات ذات طاقة حركة صغيرة. وتكتسب هذه الإلكترونات طاقة كبيرة
جدا بسبب تعرضها لفرق جهد كهربي أثناء انطلاقها تجاه الهدف. ويسمى سيل الإلكترونات
المعجلة ب «تيار الأنبوب». وعند اصطدام الإلكترونات المعجلة بمادة الهدف» تنتج
«الأشعة السينية»، حيث تنطلق من مادة الهدف إلى جميع الاتجاهات تقريبا.
·
المحرمات Collimators؛
تستعمل لتقييد اتجاهات الأشعة السينية
الناتجة نحو اتجاه محدد، ومن ثم تشكيل حزمة من أشعة متوازية يمكن استخدامها في
تطبيقات مفيدة مختلفة.
·
ولكي تعمل أنابيب
الأشعة السينية بكفاءة عالية لابد أن يكون ضغط الهواء داخل الغلاف الزجاجي منخفض
جدا ( تفريغ الهواء عال جدا )؛ وذلك لمنع الإلكترونات المعجلة من التصادم والتفاعل
مع ذرات الهواء بالأنبوب، ومن ثم تفقد جزءا من طاقتها التي تستخدم؛ للحصول على الأشعة
بالكثافة المطلوبة.
·
كما أن تفريغ
الهواء من الأنبوب يحفظ الفتيلة الساخنة من تغير كفاءة سطحها بسبب الأكسدة، ومن ثم
تنقص كثافة فيض الإلكترونات المنبعثة من سطح الفتيلة.
·
ويخلى الهواء
المحبوس في مكونات أنبوب الأشعة السينية أثناء التصنيع بواسطة دورات تسخين متتالية،
لضمان بقاء درجة تفريغ الهواء ثابتة داخل الأنبوب. وعلى الرغم من ذلك، يتراكم في
بعض الأنابيب قليل من الهواء، إما على إثر استعمالها لفترات زمنية طويلة، وإما
العدم گون لحام الأنبوب مع الوصلات الطرفية
عبر الغلاف الزجاجي مثاليا. وبصرف النظر عن سبب وجود هواء، فإن الفتيلة تتحطم
بسرعة في الأنابيب التي تحتوي على هواء، حتى وإن كان قليلا ، ومن ثم يصبح الأنبوب
معدوم الفائدة.
·
وتضمنت أكثر
أنابيب الأشعة السينية مصيدة أيونات نشطة، لإزالة ذرات وجزيئات الهواء التي تظهر
في الأنابيب بصرف النظر عن مصدرها، ومن ثم التغلب على هذه المشكلة الغلاف الزجاجي لأنبوب الأشعة السينية يستطيع
امتصاص بعض الأشعة السينية منخفضة الطاقة؛ لاحتوائه على عنصر السيليكون.
·
وقد صنعت نافذة من
عنصر البريليوم في بعض أنابيب الأشعة السينية؛ للتغلب على هذه المشكلة. والغرض من صنع هذه النافذة هو السماح لأكبر
نسبة من الأشعة السينية منخفضة الطاقة بالمرور خلال الغلاف إلى خارج الأنبوب الذي
يعمل عند فرق جهد كهربي منخفض نسبيا. والسبب
في اختيار البريليوم يرجع إلى كون السيليكون أعلى كثافة من البريليوم كثافة
السيليكون = ۲٫۳۳ جرام /سم" ، بينما كثافة البريليوم-۱٫۸۵ جم/سم")، بالإضافة إلى احتواء ذرة
السيليكون على أربعة عشر إلكترونا، في حين أن ذرة البريليوم تحتوي على أربعة
إلكترونات فقط؛ لذلك يمتص البريليوم مقدارا أقل بكثير مما يمتصه السيليكون من الأشعة
السينية منخفضة الطاقة.
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