Anód
A RadiWiki wikiből
Az anód a röntgencső pozitív oldala, melynek három funkciója van:
- a katód felől érkező nagysebességű elektronok célpontja, azaz a röntgenfotonok keletkezési helye,
- a nagyfeszültségű áramkör része,
- a keletkező hő elvezetését végzi.
Az anódon belül a fókuszterület az a rész, ahol a nagysebességű elektronok hirtelen lefékeződnek és a röntgen fotonok keletkeznek. A teljes anódszerkezet főbb részei: az anódtányér, az álló- és mozgórész, valamint a vezetékezés.
Tartalomjegyzék |
Az anódtányér
Kétféle anódot különböztetünk meg: álló- és forgó anódot. A forgóanód az expozíció közben forog, melynek következtében a fókuszterület jelentősen megnövekszik. A modern forgóanódokban az elektronnyaláb egy adott pontot csak 7-50 μs időtartamig bombáz és minél gyorsabban forog az anód, annál jobb lesz a hő leadása is. Álló anódot manapság már csak alacsony teljesítményű röntgenkészülékekben alkalmaznak (fogászati berendezés).
Az anód több anyagból épül fel, melyek az anód optimális működését szolgálják. Az álló anódokban a fókuszterület wolfram-rénium ötvözet, melyet egy 45º-os ferde vörösréz ágyban helyeznek el. A forgóanódokban az anódtányér 5-13 cm átmérőjű és anyaga a felhasználástól és technikai megoldásoktól függően más és más. Az anódtányérokon is a fókuszterület anyaga wolfram-rénium ötvözet, a hordozó pedig lehet molibdén, grafit vagy ezek kombinációja, melyek az optimális hőelvezetést biztosítják. A röntgen fotonok keletkezése szempontjából szintén a wolfram a legjobb anyag, melyet használhatunk, három ok miatt: 1. nagy rendszám, 2. magas olvadáspont, 3. jó hővezető képesség. A wolfram nagy rendszáma miatt megfelelő energiájú röntgen fotonok kibocsátására alkalmas. Üzemszerű használat esetén az anódtányér fókuszfelülete 1000-2000 ºC-ra melegszik fel, de nagy terhelés esetén ennél magasabb hőmérsékletet is elérhet. A wolfram magas olvadáspontja miatt a fent említett hőmérséklet tartományban nem olvad meg és emellett jó hővezető is. A wolfram réniummal való ötvözése nagyobb elaszticitást biztosít és ezáltal a fókuszterület gyors tágulása lehetővé válik. A jó hővezetés érdekében a fókuszterületet általában molibdén vagy grafitágyba helyezik el. A grafit-alapú anódok hőterhelhetősége akár kétszeres is lehet. A mammográfiás röntgencsövekben az anód molibdénből (rendszám: 42) készül, mely alacsonyabb energiájú fotonok kibocsátását biztosítja. Az alacsonyabb energiájú fotonok jobb lágyrész kontrasztot tesznek lehetővé. A mammográfiás röntgencsövek ablaka beríliumból (Z=4) készül azért, hogy az alacsonyabb energiájú fotonok kevésbé nyelődjenek el a röntgen-csőből való távozásukkor.
A fókuszterület (célterület)
Az anódnak azt a részét, ahol a nagy energiájú elektronok becsapódnak, számos elnevezéssel illetik: célterület, fókusz, fókuszpont, fókuszvonal. A fókuszterület az a terület, ahol a röntgen fotonok keletkeznek és ebből következően ez az a pont, ahonnan a film-fókusz távolságot számítani kell. A röntgencsövön, ill. a készüléken a fókuszpontot általában jelölni szokták. Az állóanódoknak statikus a fókuszterületük, míg a forgóanódoknak dinamikus, és ebből kifolyólag a fókuszterület effektív nagysága nagyobb, mint az állóanódoké. A forgóanód fókuszterülete a forgási sebességtől és az anódtányér átmérőjétől függően akár 300-szoros lehet. Ennek következtében a forgóanód hőkapacitása az állóanódhoz képest lényegesen nagyobb. A forgóanód esetén a fókuszpont állandóan változik, ezért célszerűbb a fókuszvonal elnevezést használni, de az elektronok mindenkori becsapódásának helyét aktuális fókuszpontnak is hívják. Effektív fókuszpontnak azt a területet hívjuk, melyből a röntgen fotonok valójában erednek.
A forgóanódokból normál, üzemszerű használat ellenére idővel valamennyi fém elpárolog és ennek következtében a felülete érdessé, „göröngyössé” válik. A röntgencső használata esetén fontos, hogy az anód is felmelegedjen, azaz a szobahőmérsékletről az üzemi hőmérséklet közelébe melegszik az anód. A felmelegedő anód felmelegíti az üvegburát, melynek hőtágulása következtében a csőben jelenlévő vákuum is nő és ezért fontos, hogy a röntgencsövet, ha rendszeresen nem is használjuk, időnként be kell kapcsolni. Az anód felmelegítése azonban egy másik ok miatt is igen fontos: a hideg anód az expozíció során jelentkező nagy hőterhelés esetén eltörne, mert a hőtágulás meghaladná a fém tágulási képességét. Az újabb anódokban a tágulási feszültséget csökkentő vájatokat alakítanak ki és ezek az anódok nem igényelnek komolyabb előmelegítést.
Vonalfókusz elv
A vonalfókusz elvet az effektív fókuszpont csökkentésére alkalmazzuk. Célja a fókuszpont méretének csökkentésével (mely a felbontóképesség miatt szükséges) egyidejűleg az elektronok becsapódási területének növelése, ezáltal a hőleadás javítása. Az effektív fókuszpont méretét az aktuális fókuszpont (terület) nagysága, valamint az anód szöge határozza meg. Az aktuális fókuszpont nagysága a katódszál méretétől függ. Ha az anódszög 45o-nál kisebb, az effektív fókuszpont kisebb, mint az aktuális fókuszterület. Ez valójában a vonalfókusz elvből következik. A leggyakrabban alkalmazott anódszög 12o , de lehet ettől eltérő (7-17o). Ha az anód szögét csökkentjük, akkor az effektív fókuszterület mérete is csökken. A túlzottan kis anódszög legfőbb hátránya, hogy az elsődleges sugárnyaláb méretét beszűkíti, főként kis filmfókusz távolság esetén (anódsarok effektus, lásd később).
Egy másik hátrány pedig az, hogy az anód melegedésével az anód geometriailag vetemedik és ebből fakadóan az elsődleges sugárnyaláb anód felőli oldala „megrövidül” és ezért az ezen az oldalon ábrázolandó struktúrákat „levágja”. A cső döntésével ezt a problémát kiküszöbölhetjük.
Az effektív fókuszterület valójában téglalap alakú, hiszen a vonalfókusz elv csak az egyik dimenzióban, azaz vertikálisan érvényes, horizontális irányban (az anódtányér síkjában) nem érvényesül. Egy átlagos effektív fókuszterület általában 6 mm-nél nem hosszabb, szélessége nem haladja meg a 2 mm-t. A fókuszpont (fókuszterület) méretén az effektív fókuszterület vertikális dimenzióját értjük. A diagnosztikai röntgencsövekben a fókuszterület nagysága 0.1–3 mm között lehet. A legtöbb röntgencsőben két fókuszterület van, mely közül a kisebb jobb felbontást biztosít, a nagyobb pedig nagyobb csőterhelést, azaz hőeloszlást tesz lehetővé. Ebből következően a kisebb fókuszterület használata esetén nem alkalmazhatunk nagy milliamper értékeket, de automata rendszerekben a milliamper beállítással megfelelő fókuszterület méret automatikusan kiválasztásra kerül. Ha a jobb felbontás érdekében a kisebb fókuszterületet kívánjuk használni, mindenképpen kisebb milliamper értéket kell állítani és a megfelelő expozíciót az expozíciós idő növelésével érhetjük el.
Anódsarok effektus
Ahogy korábban említettük, a vonalfókusz elv egyik hátránya az anódsarok effektus. Az anódsarok effektus az anód geometriájából fakad és lényege, hogy az anódon keletkező röntgensugárzás intenzitása nagyobb a katód felőli, mint az anód felőli oldalon.
Ahogy az elektronok a fókuszterületbe csapódnak, a legtöbb keletkező röntgen foton az elektronnyaláb irányához képest 45-90º-ban keletkezik. Azok a fotonok, amelyek az anód belseje, illetve vastagabb részei felé indulnak, magában az anódban elnyelődnek. Értelemszerűen azon fotonok, melyek az anód felszíne felé lépnek ki, kevéssé nyelődnek el és ezért lesz a katód felőli oldalon nagyobb intenzitású a sugárnyaláb, mint az anód felőli oldalon.
Ebből kifolyólag az anód - katód tengely irányában a sugárnyaláb intenzitását tekintve az anód és katód oldali széle között akár 40-45%-os intenzitásbeli különbség is lehet. Ez az intenzitásbeli különbség elegendő ahhoz, hogy a röntgenfilmen is látható különbséget okozzon, különösen nagyméretű film és kis film-fókusz távolság esetén. Az anódsarok effektus miatt van a felvételi rendszernek „feje” és az effektus megfelelő használata bizonyos szituációkban az optimális felvétel elkészítését segíti. Például a thoracalis gerinc anteroposterior irányú felvételénél a cső katód felőli oldalát érdemes a beteg lába felé állítani, hiszen a gerincszakasz caudalis részén a hasi szervek miatt nagyobb denzitást kell átexponálni.
