Dawno, dawno, temu zaraz po wojnie miałem zaszczyt urodzić się w rodzinie repatriantów na Ziemiach Odzyskanych. Moim chrzestnym został zdemobilizowany z wojska kolega mojego ojca również dawnego żołnierz II Armii Wojska Polskiego. Mój chrzestny służył w wojsku jako sanitariusz więc normalne było, że znalazł prace w służbie zdrowia jako radiolog po zdobyciu wymaganych uprawnień. Ponieważ wierzę w opiekę naszych przodków w życiu doczesnym, zobowiązany jestem odnotować jego ścieżkę życiową, z której był bardzo dumny i podkreślał swoje doświadczenie w wybranej dziedzinie zawodowej.
Dodatkowo w kresowych wierzeniach ludowych funkcjonowała wiara, że człowiek odchodzi w asyście swojego dawnego przodka. Według tej magii nasi przodkowie pomagają nam w życiu codzienny omijać niebezpieczne wydarzenia i sytuacje, a w przypadku gdy nasz misja ziemska dobiega końca, ktoś z przodków przejmuje funkcje wprowadzenia w nowa rzeczywistość, podczas procesu przejścia do innego świata. Dlatego tematem mojego artykułu jest droga rozwoju dawnych aparatów rentgenowskich, które osobiście pamiętam z lat 60 XX wieku.
Aparaty rentgenowskie działają poprzez emisję promieniowania elektromagnetycznego naświetlającego wybraną część ludzkiego ciała. Promieniowanie przechodzi przez ciało, z różnym stopniem absorpcji, w zależności od gęstości tkanek. Gęstsze tkanki, takie jak kości, pochłaniają więcej promieni rentgenowskich, co powoduje, że na obrazie wydają się białe. Z drugiej strony, tkanki o niższej gęstości, takie jak mięśnie i narządy, pochłaniają mniej promieni rentgenowskich, przez co wydają się ciemniejsze. Nowoczesne aparaty rentgenowskie wykorzystują detektory cyfrowe zamiast tradycyjnych klisz, co pozwala na szybsze przetwarzanie i przechowywanie obrazów. Następnie obrazy te są analizowane przez radiologa w celu identyfikacji takich schorzeń, jak złamania, infekcje, guzy czy nieprawidłowości.
Wszystkie wczesne lampy rentgenowskie były lampami jonowymi Crookesa . Poważny problem z eksploatacją tej lampy polegały na tym, że intensywność (kontrolowana prądem) i penetracji (kontrolowanej przez przyłożone napięcie) tych lamp nie można było kontrolować niezależnie. Prąd w rurze, który wynikającą z napięcia wytwarzającego wyładowanie gazowe, była bardzo duża zależne od ciśnienia gazu. Jednak to ciśnienie gazu zmniejszała się z biegiem czasu, ponieważ szklana ściana pochłaniała jony gazu uwolniony przez wyładowania. Zatem było coraz wyższe napięcie potrzebne do zainicjowania wyładowania, co powoduje ugruntowanie promieniowania.
Coolidge był inżynierem elektrykiem z Massachusetts Institute of Technology (MIT), który uzyskał stopień doktora na Uniwersytecie w Lipsku w Niemczech. Lampa Coolidge’a, zwana także lampą z gorącą katodą, radykalnie różni się od lampy Crookesa i jest najczęściej używany do dziś. Współpracuje z bardzo dobrym jakość próżni (około 104 Pa lub 106 Torr). W lampie Coolidge, elektrony powstają w wyniku efektu emisji termoelektronowej przez włókno wolframowe podgrzewane prądem elektrycznym i dlatego właśnie było to prawdziwa innowacją, ponieważ włókno jest katodą lampy. Pomiędzy katodą a elektrodą występuje wysoki potencjał napięcia anoda, elektrony są w ten sposób przyspieszane, a następnie uderzają w anodę, wytwarzając w ten sposób promienie rentgenowskie. Dzięki temu możliwe było kontrolowanie napięcie i prąd lampy niezależnie, zmieniając prąd płynący przez żarnik katody. Moc lampy Coolidge’a zwykle waha się od 0,1 do 18 kW, co zapewniało osiągnięcie moc promieniowania lampy około 10 razy większa niż poprzednio technologia. W swoim patencie Coolidge zastrzegł „nową odmianę lampy, różniąca się zarówno zasadą działania oraz operacyjnymi cechami użytkowymi. Kolejna innowacja związana jest ze zmiennością lokalizacja ogniska, promująca przenikalność lub innymi słowy, lepsze dostosowanie „twardych” i „miękkich” promieni rentgenowskich. Wynalazca twierdził także, że jego nowy dyspozytyw ( w kontekście badania rentgenowskiego (RTG) odnosi się do procesu wykonania ekspozycji, czyli momentu, w którym lampa rentgenowska emituje promieniowanie X w celu uzyskania obrazu prześwietlenia) praktycznie pomijał fluorescencja szkła, znikoma produkcja wtórnych promieni rentgenowskich ze szkła i lepsze równomierne ogniskowanie, stałe napięcie jak również określenie ostrości zdjęć rentgenowskich. Inne zaproponowano alternatywne formy rurek, głównie dlatego, że zauważył że szczególne relacje elementów rury wpływają na jej nowatorskie cechy. Podstawową zaletą konstrukcji nowej lampy rentgenowskiej było zastąpienie zimnej katody żarnikiem wolframowym co pozwala radiologom na precyzyjne kontrolowanie natężenia i przenikliwości promieniowania. Dodatkowo w/w wynalazek niezawodnej lampy rentgenowskiej spowodował, że urządzenie rentgenowski stało się narzędziem bezpiecznym i masowym.
US1203495 VACUUM TUBE, W.Coolidge, Data patentu: 31.10.1916.
Patent dotyczy konstrukcji urządzeniu do wytwarzania promieni rentgenowskich, które składa się z lampy wyposażonej w elektrody, przy czym próżnia w lampie jest tak rozrzedzona, że praktycznie eliminuje wytwarzanie jonów dodatnich, oraz środków do generowania elektronów na katodzie lub elektrodzie ujemnej zasadniczo niezależnie od napięcia przyłożonego do wspomnianych elektrod.
Urządzenie rentgenowskie zawierające gazoszczelną osłonę, przy czym przestrzeń wewnątrz tej osłony jest opróżniana do ciśnienia, przy którym zasadniczo nie występuje jonizacja gazu, katodę, anodę i środki do generowania elektronów na katodzie, przy czym prąd przesyłany przez to urządzenie przy danej temperaturze katody jest niezależny od napięcia w zakresie przyłożonych wartości napięcia.
Rura wykonana zgodnie z moim wynalazkiem różni się od rur poprzedniej techniki tym, że posiada niezwykłe właściwości. W rezultacie nie występują żadne znaczące zmiany w działaniu rury przez dłuższy czas, co pozwala na stałe generowanie promieni rentgenowskich o znacznie bardziej równomiernej mocy penetracji i znacznie bardziej stałej objętości oraz położeniu źródła lub ogniska. Przenikalność, czyli twardość lub miękkość promieni rentgenowskich, można regulować dowolnie poprzez regulację temperatury katody. Szkło rury praktycznie nie wykazuje fluorescencji, co jest istotne, ponieważ wskazuje, że szkło nie jest bombardowane przez tarczę lub anodę, a zatem nie jest przez to lokalnie nagrzewane. Efekt ogniskowania jest stały, a rozdzielczość zdjęcia rentgenowskiego wzrasta. Te i inne cechy oraz zalety wynalazku będą lepiej zrozumiałe dzięki poniższemu opisowi w powiązaniu z załączonymi rysunkami a cechy nowości przedstawionw są w załączonych zastrzeżeniach patentowych.
Na załączonych rysunkach, Fig.1 przedstawia widok przekroju kompletnej lampy wyposażonej w jeden typ urządzenia ogniskującego; Fig.2-7 ilustrują alternatywne formy urządzeń ogniskujących, a Fig. 8 ilustruje zmodyfikowaną lampę o stałej charakterystyce napięciowej.
Odnosząc się do Fig.1, przedstawiającego jeden z wariantów mojego wynalazku, rurka lub osłona jest oznaczona numerem 1 i składa się, jak zwykle, ze szkła lub innego przezroczystego materiału. W rurowym końcu 2 znajduje się uszczelniona anoda 3, która w tym przypadku ma kształt płytki. Jest ona podtrzymywana przez trzon 4, przy czym zarówno anoda, jak i trzon wykonane są, najlepiej, z kutego wolframu. Naprzeciwko tej anody, która służy również jako tarcza, znajduje się katoda 5 przystosowana do nagrzewania, w tym przypadku jest to włóknista spirala z wolframu, tantalu, węgla lub innego wysoce ogniotrwałego materiału. W tym przypadku włókno jest nawinięte bezindukcyjnie, choć nie jest to konieczne. Jest ono podłączone do przewodów doprowadzających 6, 7, uszczelnionych w podporze szklanej 8, gdzie przewody są odizolowane od siebie małymi szklanymi rurkami 8′, jak wyraźnie pokazano. Przewody 6, 7 są podłączone do źródła prądu, takiego jak bateria 9, lub do transformatora, poprzez regulowany opór 10.
Wokół właściwej katody znajduje się pusty cylinder 11 wykonany z wolframu, aluminium, żelaza lub innego odpowiedniego materiału przewodzącego, utrzymywany w miejscu przez sprężyny12, z których jeden współpracuje z mała gałka13 na szkle. Ten cylinder lub rura jest najlepiej połączona elektrycznie z katodą za pomocą drut 14, albo wewnątrz rury, albo na zewnątrz rury, jak pokazano na Fig.1, zawierające w obwodzie przełącznik 15. Podczas normalnej pracy cylinder 11 pełni ważną funkcję modyfikacji pola statycznego w celu skupienia wyładowania katodowego, co zostanie wyjaśnione poniżej. Zamiast rurowego, urządzenie ogniskujące może przybierać różne inne kształty. Może to być perforowany płaski dysk 16, jak pokazano na Fig.2 lub perforowany talerz wklęsły lub wklęsły dysk17, Fig.3, a nawet prosty pierścień18, Fig.4. W rzeczywistości nawet osad metaliczny, taki jak warstwa chemicznie osadzonego srebra, na ściankach globusa 19, Fig.5, który będzie działać jako statyczny środek ogniskujący.
Zamiast statycznych urządzeń ogniskujących można zastosować środki ogniskowania magnetycznego, jak pokazano na Fig. 6 i 7. Środki ogniskowania magnetycznego mogą mieć formę solenoidu, albo wewnątrz rury, podobnie jak pierścień ogniskowania statycznego, albo na zewnątrz ścian rury w pobliżu katody, jak pokazano schematycznie na w punkcie 20,Fig.6 albo sama katoda jest nawinięta indukcyjnie, jak pokazano w punkcie 21 na Fig. 7. Lampę według wynalazku można uruchomić, zamykając obwód akumulatora przez rezystancję 10, tak aby podgrzać żarnik 5 do żaru. Po osiągnięciu wystarczająco podwyższonej temperatury, włókno emituje elektrony. Kiedy do rury zostanie przyłożony wystarczający potencjał poprzez pełne połączenie z odpowiednim źródłem 22, poprzez przewody 23 i 24, prąd będzie przesyłany, pod warunkiem, że ujemny biegun źródła będzie podłączony do żarnika. Gdy źródło 22 dostarcza prąd przemienny, jak na przykład a transformatora lub cewki indukcyjnej, przez urządzenie przesyłane są tylko górne połówki sinusoidy prądu. Elektrony wkrótce ładują pusty cylinder 11 do ujemnego potencjału w stosunku do katody, chyba że cylinder i katoda są podłączone. Niezależnie od tego, czy są połączone, czy nie, cylindry tak modyfikują charakter pola statycznego wewnątrz lampy, że elektrony są kierowane na małą plamkę na anodzie 3. Moim zdaniem ogniskowanie jest spowodowane tym, że elektrony mają tendencję do poruszania się prostopadle do powierzchni ekwipotencjalnych
Reasumując ogniskowanie jest spowodowane tym, że elektrony mają tendencję do poruszania się prostopadle do powierzchni ekwipotencjalnych który może być narysowany w przestrzeni pomiędzy katodą i anodą. Ten sposób ogniskowania wyładowania katodowego jest skuteczny jest to istotne, ponieważ prędkość elektronów w pobliżu katody jest stosunkowo mała i dlatego ich ruchem można łatwo kierować za pomocą urządzeń skupiających. Ognisko ogniskowe na sieci anodowej ustalone podczas normalnej pracy lampy. Stanowi to ostry kontrast w stosunku do działania zwykłej lampy jonowej pod kątem w którym plamka często poruszała się tak szybko, że powodowała rozmycie wszystkich linii podczas nierównoległych do krótkiego kierunku ruchu radiograficznego, nawet przy bardzo krótkich ekspozycjach radiograficznych.
PL16520 URZĄDZENIE RENTGENOWSKIE, N. V. Philips Gloeilampenfabrieken, Data patentu : 6.06.1932
Wynalazek niniejszy dotyczy urządzenia rentgenowskiego, zawierającego przynajmniej jeden kabel wysokiego napięcia z powłoką metalową, połączoną z osłoną metalową, w której zamknięta jest lampa Roentgena. Metalowa osłona lampy Roentgena jak również i okładzina kabla mogą być podczas pracy uziemione, wskutek czego urządzenie rentgenowskie nie posiada na swej powierzchni, praktycznie biorąc, żadnej części, znajdującej się pod napięciem, co pozwala bez obawy nadawać lampie Roentgena różne położenia. W takim urządzeniu rentgenowskim można zastosować lampę Roentgena o całkowicie szklanej ściance w kształcie walca, którą w razie potrzeby powleka się izolacją.
Urządzenia według wynalazku można bardzo łatwo i szybko składać i rozbierać. Ponieważ poszczególne części mogą być stosunkowo lekkie, przeto urządzenie to może być z łatwością przenoszone przez jedną osobę. Wymiary tego urządzenia mogą być bardzo nieznaczne. Dla ułatwienia przenoszenia transformatora można przymocowywać do osłony transformatora uchwyt, zamykający otwór lub otwory na kable. Zapobiega to jednocześnie wypływaniu na zewnątrz oleju przez otwory osłony.
Wynalazek jest tytułem przykładu wyjaśniony przy pomocy jednej jego postaci wykonania, uwidocznionej ma rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie rentgenowskie według wynalazku, w którym lampa Roentgena i transformator są połączone za pomocą kabli wysokiego napięcia, powierzchnia zaś całego urządzenia zaopatrzona jest w uziemioną powłokę metalową, fig. 2 — szczegóły wykonania lampy Roentgena i transformatora i połączenia kablowego, fig. 3 — część urządzenia według fig. 2, przy czym na fig. 3 -uwidoczniono wyraźnie połączenie elektryczne i zamocowanie mechaniczne kabla na stronie katody lampy Roentgena, fig. 4 przedstawia widok z boku obsady z materiału izolacyjnego, wsuniętej w osłonę na stronie katody lampy Roentgena, fig. 5 — połączenie na stronie przeciw-katody, w którym obsada izolacyjna jest umieszczona bezpośrednio na drążku przeciw-katody, fig. 6 – transformator, w którym kable wysokiego napięcia zastąpione są uchwytem.
Na fig: 2 lampa Roentgena jest oznaczona, cyfrą 1, kable wysokiego napięcia z metalowym płaszczem zewnętrznym cyframi 2 i 3, transformator zaś cyfrą 4. Lampa Roentgena posiada ściankę, składającą się z części szklanych 5 i części metalowej 6. Część metalowa ścianki posiada kształt pierścienia i jest na obydwóch końcach spasowana do części szklanych ścianki lampy Roentgena. Metalową część ścianki najwłaściwiej jest wykonać z żelaza chromowego. Zarówno przeciw-katoda 7, jak i płaszcz 8 katody żarowej są umieszczone wewnątrz metalowej części ścianki i są od niej odizolowane, będąc przymocowane do końców części szklanych ścianki. W części metalowej mieści się okienko 9, służące do przepuszczania promieni Roentgena. Do przeciw-katody przymocowany jest drążek chłodzący 10, służący do odprowadzania energii cieplnej, wytwarzającej się naprzeciw-katodzie. Druty doprowadzające 11 i 12 katody żarowej 13 są wtopione szczelnie do spłaszczonej części 14 rurki kołnierzowej 15, której kołnierz jest spojony ze szklaną częścią ścianki lampy. Katoda żarowa 13 jest umieszczona wewnątrz płaszcza metalowego 8 przed otworem tego płaszcza, przez który elektrony docierają do przeciw-katody.
Po obu strontach metalowej części ścianki lampy umocowane są metalowe osłony 16, otaczające prawie całkowicie lampę Roentgena i tworzące wraz z metalową częścią ścianki lampy jednolitą powierzchnię metalową. Osłony te posiadają otwory na kable wysokiego napięcia oraz kilka otworów 17 (fig. 3) na końcach osłon, przez które powietrze może dopływać pomiędzy lampę Roentgena a osłony metalowe. Szklana część lampy Roentgena jest na obydwóch stronach szczelnie otoczona walcowatymi tulejami izolującymi 18.
Tuleje te leżą zatem pomiędzy szklaną ścianką a osłoną metalową. Lampa Roentgena jest połączona z transformatorem 4 za pomocą jednego jednożyłowego i jednego dwużyłowego kabla wysokiego napięcia 2 względnie 3, które otoczone są płaszczami metalowemu. Transformator 4, zamknięty z góry za pomocą ścianki izolacyjnej 19, jest umieszczony w napełnionym olejem naczyniu metalowym 20, które połączone jest ze środkiem cewki wtórnej i uziemione. Wskutek takiego układu połączeń napięcie przebijające, jakie musi wytrzymywać izolacja lampy i kabla, określa się tylko połową napięcia roboczego, wskutek czego oprócz oszczędności na materiale osiąga się zwartość budowy urządzenia. Oba kable wysokiego napięcia 2 i 3 posiadają nasadki końcowe 21, 22, 23, 24, wykonane z dobrego materiału izolacyjnego, np. ze sztucznej żywicy. Te nasadki końcowe, posiadające większą średnicę od kabla, posiadają, jak to wyraźnie uwidoczniono na fig. 3, powierzchnię falistą 25, wskutek czego niebezpieczeństwo przebicia wzdłuż tych powierzchni jest zmniejszone. Izolacyjna część kabla sięga aż do wnętrza nasadki końcowej i przylega do niej możliwie szczelnie bez pozostawiania jakiejkolwiek przestrzeni powietrznej. Przewód kabla przedłużony jest do nasadki końcowej i jest przez nią możliwie szczelnie otoczony. Nasadki 23, 24 są zaopatrzone w kontakty wtyczkowe 27, połączone z żyłą kabla. Kontakty te służą do elektrycznego połączenia żyły kabla z przeciw-katodą względnie z odpowiednim biegunem wtórnej cewki transformatora. Każda z nasadek końcowych 21 i 22 jest zaopatrzona w dwa współosiowe kontakty wtyczkowe 26 i 27, połączone z żyłami kabla. Kontakty te służą do elektrycznego połączenia żył kabla z drutami doprowadzającymi 11 i 12 katody żarowej.
Promienie krzywizny części przewodzących końcówek kabli są dobrane możliwie duże celem zmniejszenia niebezpieczeństwa przebicia. Powierzchnie czołowe 28 nasadek kabli nie są prostopadłe do żył kabli i nie przebiegają równolegle do istniejących tam linii sił pola elektrycznego, lecz posiadają, jak to lepiej uwidocznione jest na fig. 3, kierunek skośny względem osi kabli. Drążek chłodzący 10 przeciw-katody posiada koniec kulisty 29, zaopatrzony w otwór walcowy 30, w który można wsunąć kontakt wtyczkowy 27 nasadki końcowej 23, przy czym część czołowej powierzchni nasadki 23 przylega ściśle do części powierzchni kulistego końca drążka chłodzącego. Na ściance izolacyjnej 19 transformatora znajdują się współosiowe kontakty wtyczkowe 33 i 34, tworzące z kontaktami 26 i 27 nasadki 22 złącze wtyczkowe, oraz kontakt 36, odpowiadający analogicznie kontaktowi 27 nasadki1 24. Ścianka 19 posiada występy cylindryczne 37, które obejmują nasadki końcowe 22 i 24 kabli wysokiego napięcia. Kontakt 33 jest połączony z jednym końcem wtórnej cewki transformatora, kontakt zaś 34 łączy się z odpowiednim zaczepem tego uzwojenia tak, że pomiędzy tymi kontaktami występuje nieznaczne napięcie, potrzebne do dostarczania prądu żarzenia, katodzie żarowej. Wewnątrz metalowej osłony lampy Roentgena, lecz na zewnątrz samej lampy, na stronie katody żarowej lampy Roentgena umieszczona jest, jak to wyraźnie uwidoczniono na fig. 3, obsada 38 z materiału izolacyjnego, np. ze sztucznej żywicy, która sięga aż do komory 39, którą tworzy szklana ścianka lampy. Druty doprowadzające 11 i 12 katody żarowej są przeprowadzone przez obsadę 38, a mianowicie przechodzą przez małe rurki metalowe 39 i 40, połączone elektrycznie ze współosiowymi kontaktami wtyczkowymi 41 i 42, przymocowanymi do obsady 38. Druty doprowadzające są utrzymywane w rurkach 39 i 40 za pomocą śrub 43 i 44. Przy zakładaniu nasadki końcowej 21 kabla 3 do otworu metalowej osłony lampy Roentgena kontakty 26 i 27 zostają wsunięte do kontaktów 41 1.42. Nasadka 38 jest ukształtowana tak, że przylega ona szczelnie do nasadki 21. Powierzchnia rozdziału nasadki 21 i obsady 38 przebiega skośnie do kierunku linii sił pola elektrycznego. Obsada 38, celem umożliwienia obiegu powietrza, posiada spłaszczoną powierzchnię 45, jak to wyraźnie przedstawiono na fig. 4.
Na zewnątrz lampy Roentgena, szeregowo z katodą żarową włączony jest opornik 46, który ogranicza do określonej wartości prąd żarzenia. Do nasadek końcowych kabli przylegają pierścienie metalowe 47 (fig. 3). Powierzchnia działowa między nasadką końcową, 21 a pierścieniem 47 jest skierowana skośnie względem osi kabla, a mianowicie jest wygięta w kierunku przewodu prądu. Kable przymocowuje się do lampy Roentgena względnie do transformatora za pomocą kapturków nagwintowanych 48 (fig. 3). Kapturek 48 obejmuje pierścień 47 oraz część nasadki końcowej 21. Kapturek ten może być wkręcony na zaopatrzoną w gwint nasadę 49 metalowej osłony lampy Roentgena. Nasadka 21 zostaje przy tym przyciśnięta do obsady 38, a jednocześnie powstaje elektryczne połączenie między kontaktami 26 i 27 oraz 41 i 42.
W ten sam sposób można połączyć kabel z transformatorem i przeciw-katodą lampy Roentgena. Kapturki 48 zapewniają elektryczne połączenie metalowe płaszcza zewnętrznego kabla z metalowymi osłonami lampy Roentgena i transformatora, wskutek czego uziemienie metalowej osłony transformatora powoduje jednocześnie uziemienie metalowej osłony lampy Roentgena i metalowego zewnętrznego płaszcza kabla. Na osłonie transformatora jest w tym celu umieszczony zacisk 50 do uziemiania. Kable 2 i 3, zaopatrzone w metalowy płaszcz zewnętrzny, są giętkie. W tym celu zastosowany jest giętki metalowy płaszcz zewnętrzny. Taki płaszcz może się składać z dużej liczby pierścieni, które, będąc przymocowane do siebie, są jednak względem siebie ruchome i stanowią razem metalowy płaszcz zewnętrzny 'kabla. Fig. 5 przedstawia nieco odmienną postać końca przeciw-katody lampy Roentgena. Koniec drążka chłodzącego jest przy tym otoczony bezpośrednio obsadą izolacyjną 52, która sięga aż do wydrążenia, które tworzy ścianka szklana lampy. Urządzenie rentgenowskie według wynalazku można bardzo łatwo rozbierać, odkręcając kapturki 48 i wyjmując kable z otworów w metalowych osłonach lampy i transformatora. Dla udogodnienia przenoszenia transformatora można w otworach na kable umieścić uchwyt 51, (fig. 6). Uchwyt ten przymocowuje się za pomocą kapturków nagwintowanych 53, nakręcanych na odpowiednie nasady metalowej osłony 20 transformatora, przy czym uchwyt ten tworzy jednocześnie zamknięcie otworów w osłonie transformatora.
Suplement
Odkrycie technologii rentgenowskiej to historia zbiegu okoliczności i ciekawości. W 1895 roku, eksperymentując z promieniami katodowymi, niemiecki fizyk Wilhelm Roentgen przypadkowo natknął się na odkrycie promieni rentgenowskich.
Promienie katodowe to strumień elektronów emitowanych przez ujemną elektrodę (katodę) w lampach próżniowych lub rurach z rozrzedzonym gazem. Przemieszczają się one prostopadle do powierzchni katody w kierunku anody. Zostały zidentyfikowane jako cząstki materialne posiadające ujemny ładunek elektryczny, a ich odkrycie odegrało kluczową rolę w poznaniu budowy atomu.
To przełomowe odkrycie ostatecznie doprowadziło do jednego z najważniejszych postępów w obrazowaniu medycznym. Jednak Roentgen nie od razu zrozumiał pełen potencjał swojego odkrycia. Początkowo nazwał je „promieniami rentgenowskimi” ze względu na nieznaną naturę tego promieniowania. Pierwsze zastosowanie promieni rentgenowskich w medycynie miało na celu przede wszystkim diagnostykę złamań. Prace Roentgena doprowadziły do szybkiego rozwoju aparatów rentgenowskich, których lekarze używali w szpitalach do badania kości. Był to jednak dopiero początek historii i ewolucji technologii rentgenowskiej. To, co zaczęło się jako proste narzędzie diagnostyczne, przekształciło się w kompleksową i zaawansowaną metodę stosowaną w szerokim spektrum dyscyplin medycznych. Roentgen za swoje odkrycie promieni X ( ponieważ nie wiedział dokładnie, z czym ma do czynienia) otrzymał pierwszą w historii Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki, w 1901 roku. Jako człowiek o wysokim morale nie opatentował swojego odkrycia, ponieważ uważał, że powinno ono służyć całej ludzkości za darmo. Gdyby opatentował swoje odkrycie, prawdopodobnie byłby jednym z najbogatszych ludzi swoich czasów. Lampy jonowe (nazywane też lampami gazowanymi) to „pierwsza generacja” lamp rentgenowskich, używana od odkrycia promieni X przez Roentgena w 1895 roku aż do lat 20 XX wieku. W przeciwieństwie do współczesnych lamp próżniowych, te urządzenia potrzebowały niewielkiej ilości gazu, aby w ogóle zadziałać. Lampy jonowa zbudowane były z szklanej bańki z dwiema (lub trzema) elektrodami, katoda i anodą, w której panuje niska próżnia (pozostawiono w niej śladowe ilości powietrza lub innego gazu). Katoda posiadała zazwyczaj kształt czaszy (wklęsła), aby skupiać wiązkę elektronów, a antykatoda – anoda zbudowana była często z platyny lub wolframu, w którą uderzały elektrony, generując promieniowanie X.
Proces powstawania promieniowania X opierał się na zjawisku wyładowania w rozrzedzonym gazie, który podlegał jonizacja, ponieważ do elektrod przyłożone zostaje bardzo wysokie napięcie (dziesiątki tysięcy woltów). Resztkowe cząsteczki gazu wewnątrz bańki ulegają jonizacji – rozpadają się na dodatnie jony i ujemne elektrony.
Dodatnie jony pędzą w stronę ujemnej katody i uderzają w nią z ogromną siłą w wyniku czego następuje emisja wtórna, tzn. uderzenia jonów „wybijają” z powierzchni katody strumień elektronów (tzw. promienie katodowe). Dzięki wklęsłemu kształtowi katody, wybite elektrony są ogniskowane na małym punkcie antykatody, co wywołuje gwałtowne hamowanie elektronów na metalowej tarczy antykatody , które powoduje emisję promieniowania X .
Ale lampy jonowe były kapryśne, ponieważ podczas pracy cząsteczki gazu były „wchłaniane” przez metalowe elementy i szkło. Gdy gazu ubyło zbyt dużo, lampa przestawała działać. Dlatego stare aparaty posiadały regeneratory – małe boczne rurki z węglem drzewnym lub azbestem, które po podgrzaniu uwalniały odrobinę gazu do wnętrza bańki, „zmiękczając” lampę i przywracając ją do życia. W realnych warunkach pracy lampa mogła pracować w dwóch trybach:
Lampa „miękka”: Dużo gazu, niskie napięcie wystarczy do startu, promieniowanie jest słabe (mało przenikliwe).
Lampa „twarda”: Mało gazu, potrzeba gigantycznego napięcia, promieniowanie jest bardzo silne i przenikliwe.
Stąd podstawową wadą pierwszych lamp rentgenowskich była ich niestabilność w wielkości natężenia promieniowana X , która zależało od ciśnienia gazu, a którego nie dało się idealnie kontrolować. W 1913 roku William Coolidge wynalazł lampę próżniową (z gorącą katodą), w której elektrony są emitowane przez rozżarzony drucik (termoemisja), a nie przez bombardowanie jonami. To rozwiązanie pozwoliło na niezależną regulację natężenia i twardości promieniowania, co odesłało lampy jonowe do muzeów. Dzięki temu parametry wysokiego napięcia zasilającego lampę w kV (napięcie) są niezależne od natężenia prądu żarnika w mA (prąd) , co do dziś stanowi fundament diagnostyki rentgenowskiej.
Twardnienie promieniowania X (często nazywane też utwardzaniem wiązki, ang. beam hardening) to zjawisko, w którym średnia energia (czyli „przenikliwość”) wiązki promieni rentgenowskich wzrasta podczas przechodzenia przez jakiś materiał. Mówiąc prościej: wiązka na wejściu jest „mieszanką”, a na wyjściu staje się „mocniejsza”, bo materiał odfiltrował jej słabsze elementy.
Rentgenografia część 1
Zostaw odpowiedź