Tabung sinar-X
Tabung sinar-X atau tabung Röntgen adalah perangkat (tabung elektron) untuk menghasilkan sinar-X, umumnya untuk tiga jenis kegunaan:
- radiografi dan tomografi (pencitraan medis, ilmu material);
- kristalografi sinar-X (difraksi sinar-X)
- analisis kimia unsur dengan spektrometri fluoresensi sinar-X.
Prinsip operasi
Apapun jenis tabungnya, pembangkitan sinar-X dilakukan menurut prinsip yang sama.
Sebuah tegangan listrik tinggi (dari urutan 20 sampai 400 kV) dibuat antara dua elektroda. Kemudian ada arus elektron dari katoda ke anoda (kadang-kadang disebut "sasaran").
Elektron direm oleh atom sasaran, menyebabkan radiasi rem terus menerus atau Bremsstrahlung, bagian dari spektrum yang berada dalam domain sinar-X .
Elektron-elektron ini mengeksitasi atom-atom sasaran, dan memancarkan kembali karakteristik radiasi sinar-X dengan fenomena fluoresensi sinar-X.
Spektrum yang muncul dari tabung adalah superposisi radiasi pengereman dan fluoresensi sinar-X sasaran.
Tabung sinar-X memiliki efisiensi energi yang sangat buruk , dengan sebagian besar daya listrik (99%) dihamburkan sebagai panas. Oleh karena itu tabung harus didinginkan, umumnya dengan sirkulasi air, penangas minyak atau dengan sistem anoda berputar.
Tabung Crookes
Secara historis, tabung sinar-X pertama ditemukan oleh Sir William Crookes. Awalnya dimaksudkan untuk menyebabkan fluoresensi bercahaya mineral. Tabung Crookes juga disebut tabung pelepasan, tabung gas atau tabung katoda dingin.
Tabung ini adalah bola kaca di mana ruang hampa dibuat, sehingga masih ada tekanan udara sisa sekitar 100 Pa ( sekitar 1 torr)). Ini berisi katoda logam, aluminium , cekung dalam bentuk untuk memusatkan aliran elektron , dan anoda , atau "sasaran".
Kumparan induksi memberikan tegangan tinggi. Kemudian terjadi ionisasi dari udara sisa, dalam bentuk petir atau "discharge", yang menyebabkan aliran elektron dari katoda ke anoda. Aliran ini, yang disebut sinar katoda, menghasilkan radiasi elektromagnetik yang mampu menciptakan cahaya fluoresensi pada benda tertentu serta menghasilkan pelepasan benda yang dialiri listrik pada jarak tertentu. Itu juga menciptakan sinar-X.
Tabung ini hanya dapat menghasilkan sinar-X sebentar-sebentar. Beberapa jenis siklotron masih menggunakan tabung jenis ini.
Tabung Coolidge
K : filamen.
A : anoda.
Win dan Wout : masukan dan keluaran air pendingin.
Tabung Crookes diperbaiki oleh William Coolidge pada tahun 1913 . Tabung Coolidge, juga disebut tabung katoda panas, adalah tabung yang paling banyak digunakan. Ini adalah tabung hampa udara tinggi (sekitar 10^4 Pa, kira-kira 10^6 torr[butuh rujukan]), ditutupi dengan selungkup bertimbal.
Dalam tabung Coolidge, elektron dipancarkan oleh filamen logam (logam alkali tanah) yang dipanaskan oleh arus listrik (efek termionik yang juga digunakan dalam tabung sinar katoda televisi). Filamen merupakan katoda tabung. Tegangan tinggi dibuat antara katoda dan anoda, yang mempercepat elektron yang dipancarkan dari filamen. Elektron ini menyerang anoda.
Dalam apa yang disebut tabung "berjendela samping", elektron terkonsentrasi (difokuskan) oleh bagian yang disebut Wehnelt yang ditempatkan tepat setelah filamen.
Dari sudut pandang listrik, karena itu kita memiliki:
- sebuah filamen di terminal yang dimana tegangan rendah dibuat, untuk menciptakan arus listrik pemanas (efek Joule);
- dalam beberapa tabung, bagian dari bentuk tertentu yang memiliki tegangan sedikit negatif sehubungan dengan filamen (yaitu sehubungan dengan dua terminal filamen), untuk mendorong elektron dari filamen menuju pusat bagian ; itu adalah Wehnelt;
- anoda sasaran memiliki tegangan positif yang kuat sehubungan dengan Wehnelt dan filamen.
Ada dua geometri tabung:
- tabung berjendela samping: filamen adalah solenoida dengan sumbu lurus dan ditempatkan menghadap target, yang miring; lintasan elektron adalah garis lurus
- tabung berjendela depan: filamen adalah solenoida dengan sumbu melingkar dan mengelilingi anoda; lintasan elektron melengkung.
-
Tabung berjendela samping. -
Tabung berjendela depan.
Tabung anoda berputar
Tabung anoda berputar adalah peningkatan dari tabung Coolidge yang memungkinkan untuk memiliki intensitas sinar-X yang penting.
Salah satu keterbatasan produksi sinar-X memang panas yang dihasilkan oleh fenomena tersebut. Jadi kita mengambil anoda silinder besar dan memutarnya. Dengan demikian, setiap bagian anoda disinari hanya untuk waktu yang singkat, yang memfasilitasi pembuangan panas.
Dengan demikian dimungkinkan untuk mencapai kekuatan urutan 100 kW.
Lihat pula
Bibliografi
- R. Behling (2016). Modern Diagnostic X-Ray Sources. Technology, Manufacturing, Reliability (dalam bahasa Inggris). Boca Raton, FL, USA: CRC Press. hlm. 423. ISBN 978-1-4822-4132-7. .
- N. Broll; P. de Chateaubourg (1997). "Spectral distribution from end window X-ray tubes" (pdf) (dalam bahasa Inggris).
Artikel terkait
- Metode lain untuk menghasilkan sinar-X:
Pranala luar
- (Prancis) Teks Röntgen tahun 1895 tentang penemuan sinar-X online dan dianalisis di situs BibNum.
- The Cathode Ray Tube site (English)
- Tabung RX dan sarungnya
