Katód
A RadiWiki wikiből
A katód a röntgencső negatív oldala (pólusa). A katódon alakul ki hő hatására az az elektronfelhő, melyből nagyfeszültség hatására az elektronok az anód felé indulnak és a katódszerkezet fókuszálja ezt az elektron áramot az anód megfelelő része felé. A katód alapvető részei: a katódszál, a fókuszáló csésze és a különböző vezetékek.
A katódszál
A katódszál egy vékony wolframszál, mely 0,1–0,2 mm átmérőjű és ez a wolframszál kb. 1-2 mm széles és 10-15 mm hosszú tekercset alkot. A katódszál a katódban az úgynevezett fókuszáló csészében helyezkedik el. A wolfram azért ideális anyag a katódszál készítésére, mivel a wolframnak magas az olvadáspontja (3370 oC) és nehezen párolog. Katódszálat készíthetnek még réniumból (olvadáspont: 3100 oC) és molibdénből (olvadáspont: 3620 oC). A magas olvadáspont lehetővé teszi, hogy katódszálat magas hőmérsékleten üzemeltessük. Ahogy említettük, a wolfram nehezen párolog, mely azért fontos, mert az elpárolgó fém lerakódik a röntgencső belső felszínére, valamint csökkenti a csőben lévő vákuumot. A katódszál hosszúsága és szélessége meghatározó fontosságú a készítendő röntgenkép geometriai tulajdonságai szempontjából. A legtöbb diagnosztikus röntgencsőben két katódszál helyezkedik el, melyet kettős fókuszú elrendezésnek nevezünk.
A katódszál körül annak elektromos ellenállása következtében fejlődő hő miatt elektronfelhő alakul ki (termoionikus jelenség vagy termikus elektronemisszió). A wolframszálban kb. 2200 oC felett jelentkezik a termoionikus hatás, melynek következtében az elektronok elhagyják a katódszál felszínét. Az elektronfelhő kialakulása után nagyfeszültséget alkalmazunk, a feszültség hatására az elektronok felgyorsulnak és nagy sebességgel az anód felé indulnak. A termoionikus hatás következtében kibocsátott elektronok nagy része tehát az anód felé repül, majd az anódba csapódva és ott lelassulva visszatér az áramkörbe. Az elektronok és a wolfram atomok kis hányada azonban elpárolog, mely csökkenti a röntgencsőben fennálló vákuumot. Az elpárolgott wolfram fokozatosan az üvegbúra belső felületére rakódik, ezért üvegcsövekben a belső felület tükröződhet és nemkívánatos elektromos kisülés is létrejöhet az üvegbúra és a katód között. Ez a jelenség a cső megrepedéséhez, megsemmisüléséhez vezet. Az üvegburára lerakódott fémréteg az elsődleges röntgensugár szűréséhez és ezzel a cső hatékonyságának csökkenéséhez vezet. A tartós használat következtében a katódszál elszakadhat, hasonlóan, ahogy egy izzóban az izzószál elszakad. Értelemszerű, hogy röntgencsövekben a különösen nem szakszerű használat esetén ez gyakrabban megtörténhet. Amikor a röntgen-berendezést bekapcsoljuk, a katódszál egy gyengébb áram hatására felmelegszik. Ebből a felmelegített állapotból nagyobb áramerősség hatására üzemi hőmérsékletre csak az expozíció megkezdésekor fűtjük fel a katódszálat, melynek következtében a katódszál körül kialakul az elektronfelhő a beállított milliamper értéknek megfelelően. A wolframszál párolgása csak ennél a magas hőmérsékletnél jelentkezik. Egy átlagos röntgencső élettartama csupán 6-9 óra lenne ilyen magas hőmérséklet esetén (10-20.000 expozíció). A katódszál fűtőáramköre az anódot forgató rotorral szinkronkapcsolt. Érdekességként megemlítjük, hogy a radiográfia kezdetén hideg (nem fűtött) katódszálat alkalmaztak. 1915-ben Coolidge (1873-1975) egy amerikai fizikus fejlesztette ki a fűtött katódszálú röntgencsövet a General Electric gyár részére. Az úgynevezett Coolidge-cső bevezetése előtt a radiográfus különböző mA értékű csősorozatot tartott a polcon, mely lehetővé tette, hogy a különböző mA igény esetén a cső kicserélésével megfelelő expozíciót érjen el. Coolidge nevéhez nemcsak a fűtött katódszál kifejlesztése, hanem a fókuszáló csésze és az anódfűtés különböző megoldásai is fűződnek.
A fókuszáló csésze
A fókuszáló csésze a katódszerkezet enyhe bemélyedését jelenti, melyben a katódszál helyezkedik el. Anyaga általában nikkel és feladata nevéből eredően, hogy a nagy feszültség hatására elmozduló elektronokat az anód megfelelő pontjára fókuszálja. Erre azért van szükség, mivel az elektronok mind negatív töltéssel rendelkeznek és egymást taszítják. Ebből következően az anód felé indulva nem egyenes vonalban, hanem legyezőszerűen indulnak el. A fókuszáló csésze egy enyhe negatív potenciállal rendelkezik, és e potenciál, valamint a geometriai kialakítása miatt az anód felé induló elektronokat összetartó nyalábbá teszi. A fókuszáló csésze negatív potenciálját bizonyos készülékekben és alkalmazásokban változtatni lehet, melynek következtében az elektronnyaláb mérete is változni fog.
Ha a katódszál izzítását fokozzuk, egyre több és több elektron lép ki, melynek következtében egy bizonyos pont után negatív töltésük miatt gátolni fogják további elektronok kilépését. Ezt a jelenséget tér-töltés effektusnak nevezzük, mely limitálja a röntgencsövekben alkalmazható maximális mA értéket (kb. 1000-1200 mA). A szaturációs áram egy másik katódszállal összefüggő jelenség, mely befolyásolja a röntgencső hatékonyságát. Ahogy a csőfeszültséget (kVp) növeljük, a termoionikusan kibocsátott elektronok egyre nagyobb része távozik az anód felé. Egy bizonyos csőfeszültség felett nem lehet még több elektront mobilizálni, ezért a csőfeszültség további emelése nem fogja a cső mA értékét emelni. További mA növekedést csak a fűtőáram emelésével érhetünk el.
