El tubo de rayos X Condiciones que se deben cumplir para la generación de rayos X Requerimientos a cumplir para el diseño de un tubo de rayos X El tubo de rayos X moderno El filamento como fuente de electrones. Características Copa de enfoque En ánodo. Funciones del ánodo. Anodo fijo y ánodo rotatorio Límites de operación segura del tubo de rayos X Característica de filamento Características de emisión de filamento Características de especificaciones máximas del tubo Curvas térmicas del tubo

Condiciones que se deben cumplir para la generación de rayos X

1. Una fuente de electrones2. Una fuente de alto voltaje que acelere los

electrones a alta velocidad3. Un vacío en que los electrones puedan

acelerarse sin la interferencia de átomos de gas4. Un blanco contra el cual los electrones choquen

convirtiéndose en la fuente de rayos X

Tubo de rayos X moderno

Requerimientos a tener en cuenta para el diseño de un tubo de rayos X

1. La fuente de electrones debe ser de un material capaz de hacer aparecer una emisión estable de electrones a elevadas temperaturas.

2. La porción del ánodo que está sujeta al bombardeo electrónico (target), debe ser de una material de un número atómico alto,

3. El “target” debe soportar altas temperaturas

Requerimientos a tener en cuenta para el diseño de un tubo de rayos X4. El tubo debe operarse con un alto potencial

entre ánodo y cátodo para impartir así una alta velocidad a los electrones y producir rayos X de longitud de onda apropiada para la aplicación del tubo.

5. Para que la corriente a través del tubo sea una descarga pura de electrones, todos los gases deben ser bombeados fuera de la ampolleta de cristal

6. La forma y tamaño del ánodo y cátodo, más la configuración del tubo de cristal deben ser tales que eviten saltos de corriente y operación errática

El filamento como fuente de electrones

Copa de enfoque del haz de electrones

Copa de enfoque del haz de electrones

El tamaño y forma del haz son controlados por:

1. Diámetro de la bobina2. Ancho de la ranura de enfoque3. Longitud de la ranura de enfoque4. Profundidad del filamento en la

ranura de enfoque5. Profundidad del filamento en la copa

de enfoque6. Configuración del electrodo.

Configuración y polarización del electrodo de enfoque. Efecto en la forma del haz

a) Placa a tierrab) Electrodo de Wehnelt a Tierrac) Electrodo de Wehnelt con potencial negativo.

El ánodo

El ánodo es el electrodo positivo del tubo de rayos X y en él se encuentra el blanco que es la región donde impactan los electrones procedentes del cátodo. Dentro del blanco se encuentra el “target” que es el área especifica desde la que se emiten los rayos X. Existen dos tipos de ánodo: ánodo estacionario y ánodo rotatorio

El ánodo tiene tres funciones en el tubo de rayos X:

1. Es un conductor eléctrico 2. Proporciona soporte mecánico al blanco. 3. Debe ser un buen conductor térmico;

cuando los electrones chocan con el ánodo, más del 99% de su energía cinética se convierte en calor, que debe ser eliminado rápidamente antes de que pueda fundir el ánodo. El cobre es el material más utilizado en el ánodo.

Anodo estacionario En este caso el target es una pastilla de tungsteno

dúctil rectangular. Esta pastilla está fundida al vacío en un ánodo de cobre que sirve para absorber y remover por conducción el calor de la superficie de tungsteno. El tungsteno puede ser operado hasta 2500 ºC, debido a su baja presión de vapor y alto punto de fusión. El cobre del ánodo sirve para conducir el calor de la pastilla de tungsteno hacia el exterior del tubo y generalmente es un bloque macizo de cobre, muchas veces mayor que el tamaño del área del punto focal.

Anodo rotatorio

Con el objetivo de superar las limitaciones de los tubos con ánodo estacionario surgió el tubo de ánodo giratorio. Con el mismo es posible obtener mayores corrientes en el tubo y tiempos de exposición más cortos, ya que el blanco es mucho mayor y el calentamiento del ánodo no se limita a un punto pequeño. La capacidad de calentamiento aumenta si se eleva la velocidad de rotación del ánodo. Casi todos los ánodos rotatorios giran a 3400 R.P.M.

Tubo de Anodo rotatorio.

Anodo rotatorio

Anodo rotatorio (Biangular)

Tubo de rayos X dentro del housing

El housing es una carcasa protectora de aluminio o calamina revestida interiormente en plomo. En su interior se monta el tubo de rayos X (inserto) al cual sirve de soporte mecánico. El espacio entre el housing y el inserto se llena con aceite de alto voltaje, el cual sirve como aislante eléctrico y como refrigerante

Factores que limitan el rendimiento de la energía del tubo de rayos X 1. Limitación debido a la temperatura del

área focal, donde un exceso puede fundir el target

2. Limitación debido a la capacidad térmica del tubo y a su efectividad de disipación de calor

3. Limitación por el kilovoltaje máximo

Los límites de operación segura se expresan en las cartas de rendimiento

1. Corriente máxima del tubo 2. Tiempo máximo de exposición3. Voltaje máximo del Tubo (kVp)4. Curva de enfriamiento

Característica de filamento Muestra la relación existente

entre el voltaje y la corriente de filamento. El valor máximo de la corriente de filamento constituye el maximo absoluto permisible y nunca debe ser excedido durante la operación.

Para alargar la vida útil del filamento y por tanto del tubo, el rango de operación normal de la corriente de filamento se fija a un valor bajo con respecto al valor máximo de la corriente de filamento.

Característica de emisión del filamento Muestra la relación entre la

corriente de filamento y la corriente de tubo.

Para voltajes de tubo inferiores al minimo valor mostrado en la característica de emisión , generalmente se requiere un alta corriente de filamento, lo cual acorta la vida útil del filamento. Por tanto se recomienda no utilizar nunca el tubo con voltajes por debajo de los valores especifícados.

Curvas de potencia máxima con relación al tiempo de exposición

Muestra la máxima corriente de tubo que puede fluir durante una exposición dependiendo del voltaje aplicado al tubo y el tiempo de exposición seleccionado. Se asume que el ánodo está totalmente frio.

Nunca se debe utilizar el tubo a una corriente que exceda la máxima corriente especificada. De hecho es aconsejable utilizar sólo el 90%

Curvas térmicas del tubo

rayos X incluyendo el housing. Las curvas de calentamiento muestran la acumulación de calor en el anodo o en el tubo cuando este es sometido a cierta carga. La de enfriamiento expresa el tiempo de reposo necesario para evacuar el calor del tubo. Cuando se abre el interruptor térmico de protección del housing por sobretemperatura, se recomienda enfriar el tubo tomando un receso durante el tiempo que establezca la curva de enfriamiento del tubo

Existen dos tipos de curvas térmicas conocidas como curvas de calentamiento y curvas de enfriamiento y pueden ser solo para el ánodo o para el conjunto del tubo de