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Lic. Alejandra Patricia Cork
Físico Química Radiológica
14 de Noviembre, 2009    Rayos X

TUBO RADIÓGENO


·  El aparato de rayos X, el tubo de rayos X: elementos y tipos.

  • Cuando los electrones con movimiento rápido, es decir, acelerados, chocan con un objeto metálico, se producen rayos X. La energía cinética del electrón se transforma en energía electromagnética (rayos X). La función del aparato de rayos X consiste en proporcionar una intensidad suficiente y controlada del flujo de electrones para producir un haz de rayos X con la cantidad y calidad deseadas.
  • Cualquier aparato de rayos X, con independencia de su diseño, consta de tres partes principales:

1.     El tubo de rayos X

2.     Consola de control (operador)

3.     Sección de alta tensión o generador

1) Tubo de rayos X: el tubo esun componente del aparato de rayos X que rara vez ve el técnico radiólogo, yaque esta contenido en una carcasa protectora, y por lo tanto es inaccesible.

Consideremos sus componentes porseparado, pero debe quedar claro que existen dos partes principales, el catodoo polo negativo y el ánodo o polo positivo, ambos se conocen como electrodos ycualquier tubo con dos electrodos se llama diodo. El tubo de rayos X es un tipoespecial de diodo.

  • Partes del tubo de rayos X:

1-a) Carcasa protectora: el tubode rayos X, siempre esta montado en una carcasa protectora, formada de plomo, ydiseñada para controlar los serios peligros que afectaron a la radiología ensus principios, (exposición excesiva a la radiación, descarga eléctrica). Lacarcasa protectora proporciona también un soporte mecánico al tubo de rayos X,y lo protege frente al posible daño producido por la manipulación descuidada.Cuando se producen, los rayos X son emitidos con la misma intensidad en todaslas direcciones, pero nosotros solo empleamos los emitidos a través de unasección especial del tubo de rayos X, llamada ventana. Los rayos X emitidos através de la ventana se conocen como haz útil, los restantes que se escapan através de la carcasa protectora son, la radiación de fuga, que no contribuye ala información diagnostica y produce una exposición innecesaria del paciente ydel técnico.

La carcasa protectora, alrededorde algunos tubos de rayos X contiene aceite, que actúa como aislante técnico yrefrigerador.

1-b) Envoltura de cristal: el derayos X, es un tipo especial de tubo de vacío, los componentes del tubo seencuentran dentro de una envoltura de cristal. Esta envoltura, que debe de serfabricada de un vidrio que pueda soportar el tremendo calor generado, mantieneel vacío, lo cual hace posible una producción mas eficaz de rayos X, y prolongala vida del tubo. Si estuviera lleno de gas, disminuiría el flujo de electronesque van del catodo al ánodo, se producirían menos rayos X y se crearía mascalor. La ventana del tubo es de un cristal mas fino que deja filtrar los rayosX. Es un segmento que permite una máxima emisión de rayos X con absorciónmínima por la envoltura de cristal.

1-c) Catodo: parte negativa deltubo de rayos X, tiene dos partes principales: el filamento y la copa deenfoque.

  • Filamento: es una espiral de alambre que emite electrones al ser calentado. Cuando la corriente que atraviesa el filamento es lo suficientemente intensa, de aproximadamente cuatro a cinco amperios o superior, los electrones de la copa externa del filamento entran en ebullición y son expulsados del filamento, este fenómeno se conoce como emisión termoionica. Los filamentos suelen estar formados por Tungsteno Torico, el Tungsteno proporciona una emisión termoionica mayor que otros metales. Su punto de fusión es de 3410 grados centígrados, de forma que no es probable que se funda con el calor, además no se evaporiza, puesto que si lo hiciera el tubo se llenaría rápidamente de gas. La adición de un uno a un dos por ciento de Torio al filamento de Tungsteno, incrementa la eficacia de la emisión de electrones y prolonga la vida del tubo.
  • La copa de enfoque es un refuerzo metálico del filamento, condensa el haz de electrones en un área pequeña del catodo. La efectividad de la copa de enfoque depende de tres factores:

1.      

1.     La corriente del filamento que regula lacantidad de rayos X de salida.

2.     El tamaño del filamento impone el tamañodel foco efectivo que se produce en el ánodo. Los tubos de rayos X suelenllevar dos filamentos de diferente tamaño, que proporcionan dos puntos focales;el punto focal de tamaño pequeño se asocia con el filamento menor y se empleacuando se necesitan imágenes de alta resolución. El punto focal de tamañogrande se asocia con el filamento mayor y se emplea cuando se necesitantécnicas que produzcan gran cantidad de calor.

3.     La situación de uno u otro suele hacersecon el selector que se encuentra en la consola de control.

·  ·  1-d)Anodo: es el lado positivo del tubo de rayos X, existen dos tipos:estacionarios y rotatorios:

  • Estacionarios: Los tubos de rayos X con ánodo estacionario se utilizan en aparatos de odontología, algunas maquinas portátiles y unidades destinadas a fines especiales que no requieren intensidad ni alta potencia en el tubo.
  • Los tubos de rayos X con fines generales, utilizaran ánodo rotatorio, ya que deben de ser capaces de producir haces de rayos X de alta intensidad en un tiempo breve.

·  Elánodo tiene tres funciones en el tubo de rayos X:

  • Es un conductor eléctrico
  • Proporciona soporte mecánico al blanco.
  • Debe ser un buen conductor térmico, cuando los electrones chocan con el ánodo, mas 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 mas utilizado en el ánodo.
  • El blanco es el área del ánodo con la que chocan los electrones procedentes del cátodo. En los tubos de ánodo estacionario, el blanco consiste en una pequeña placa de tungsteno que se encuentra encastrado en un bloque de cobre. En los tubos de ánodo rotatorio, el disco que gira es el blanco, normalmente esta formado por una aleación de Tungsteno mezclada con Terio, que proporciona una resistencia adicional para soportar el esfuerzo de la rotación rápida. El Tungsteno es el material elegido para el blanco por tres motivos fundamentales:

1.     Nº atómico: el elevado numero atómico delTungsteno le proporciona mayor eficacia en la producción de rayos X y rayos Xcon energía mas alta.

2.     Conductividad térmica: es un metal eficazpara disipar el calor producido.

3.     Punto de fusión alto: si se calientasuficientemente, cualquier material, se funde y se convierte en liquido; eltungsteno tiene un punto de fusión elevado (3410 grados centígrados). Puedesoportar las altas temperaturas sin que se produzcan picaduras o fisuras en eltubo ni burbujas de gas.

  • Rotatorios: es posible obtener mayores corrientes en el tubo y tiempos de exposición mas cortos con el ánodo rotatorio, 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.
  • Punto focal: es el área del blanco desde la que se emiten los rayos X. Constituye la fuente de radiación.

2.     Consola de control: La consola de controles la parte del aparato de rayos X que permite comprobar la intensidad de lacorriente y la tensión del tubo de rayos X de forma que el haz de rayos X útiltenga la intensidad y capacidad de penetración apropiada para obtener unaradiografía de buena calidad. En la consola de control se encuentran:

a.      Llave de encendido que pone enfuncionamiento los circuitos del aparato.

b.     Un dispositivo selector de miliamperaje,que es el numero de electrones o carga que circula por el tubo en la unidad detiempo y esto influye en la cantidad de fotones de rayos X a los que elpaciente es expuesto por segundo. Se mide en miliamperios.

c.      Un dispositivo para fijar el tiempo deexposición (temporizador). El miliamperaje por el tiempo de exposiciónconstituye los miliamperios por segundo, que representan la cantidad de fotonesproducida por el tubo mientras funciona, es decir, durante el tiempo deexposición.

d.     Un dispositivo selector del kilovoltaje,que es la tensión entre el catodo y el ánodo, y es un parámetro que influye enla velocidad y en la energía de los electrones y en la energía de los rayos X.Altos kilovoltajes nos dan altas velocidades de los electrones, fotones muyenérgicos, mucha energía o rayos X duros (con elevado poder de penetración). Elvalor máximo de la energía que llevan los electrones que alcanzan el ánodo,coincide numéricamente con el calor de los kilovoltios pico de disparo. Launidad de energía es el electron-voltio (e.V), este es la energía cinética queadquiere un electrón inicialmente en reposo al ser acelerado por la diferenciade potencial de un voltio.

·  1 e.V = 1,6 · 10-19 J.

Energíade fotones = e.V (unidad)

tensión= V. (unidad)

  • La diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo de un voltio, consigue acelerar los electrones que van a chocar desde el cátodo al blanco del ánodo en unos fotones de rayos X con una energía de:

·  1e.V = 1,6 · 10-19 J.

  • Consola de control:

  • Sección de alta tensión o generador: la sección de alta tensión de una maquina de rayos X es la responsable de convertir el voltaje de 220V. que llega de la red eléctrica en un kilovoltaje con la forma de onda apropiada (hay que cambiar la corriente alterna a continua). La sección de alta tensión contiene tres partes principales:

1.     Transformador elevador de alta tensión.

2.     Transformador de filamento (cátodo), otransformador de baja tensión.

3.    Transformador de corriente alterna acontinua.

Todos estos componentes estánsumergidos en aceite, aunque en la sección de alta tensión se genera algo decalor, el aceite se usa fundamentalmente para fines de aislamiento eléctrico.

1.    Transformadorde alta tensión: este es un transformador elevador, lo que quiere decir que elvoltaje secundario (inducido) es mayor que el primario (suministro de lacompañía eléctrica) ya que el numero de espiras del secundario es mayor que eldel primario. El aumento de tensión es proporcional a la relación de espiras deacuerdo con la ley del transformador: V2/V1 = N2/N1. Dado que lostransformadores solo funcionan con corriente alterna, las formas de onda detensión en ambos lados del transformador son sinusoidales. La única diferenciaentre las formas de onda primaria y secundaria es su amplitud. La primaria semide en voltios y la secundaria en kilovoltios.

2.    Transformadordel filamento: es un transformador de baja tensión, se encuentra situado a laentrada del filamento, transforma la tensión de la corriente que circula por elfilamento cuya intensidad es de 4 a 5 A.

3.    Rectificaciónde la tensión: aunque los transformadores operan con una corriente continua.Los rayos X son producidos mediante la aceleración de electrones desde elcátodo hasta el ánodo y no pueden ser originados por electrones que fluyan endirección inversa; es decir, desde el ánodo hacia el cátodo, ya que seriadesastroso para el tubo de rayos X que se invirtiese el flujo de electrones.Dado que el flujo de electrones solo debe hacerse en dirección cátodo-ánodo,será necesario rectificar la tensión secundaria del transformador de altatensión. La rectificación es el proceso de convertir la corriente alterna encorriente continua. (va-Vc.c).

  • Diodos: la rectificación se consigue mediante dispositivos denominados diodos. Inicialmente todos los rectificadores consistían en tubos de vidrio llamados válvulas; actualmente estos han sido sustituidos en casi todas las maquinas de rayos X por rectificadores de estado sólido fabricados con silicio.

a.     Tensiónno rectificada: la corriente que atraviesa el tubo de rayos X solo existedurante la primera mitad del ciclo (ánodo-cátodo), durante la fase negativa delciclo la corriente solo podría fluir desde el ánodo hasta el cátodo, pero nosucede así por que el ánodo no esta construido para emitir electrones. Latensión que atraviesa el tubo de rayos X durante la mitad negativa del ciclo seconoce como tensión inversa y es perjudicial para el tubo de rayos X.

b.    Rectificaciónde semionda o media-onda: la tensión inversa se elimina del tubo de rayos Xmediante rectificación. En la rectificación de media-onda no se permite que latensión circule durante la mitad negativa del ciclo. Esto se consigue mediantediodos colocados en la sección de alta tensión. La salida de rayos X desde una unidadcon rectificación de semionda es pulsatil; de 50 pulsos de rayos X por segundo.

c.     Rectificaciónde onda completa: las maquinas de rayos X con rectificación de onda completatienen al menos cuatro diodos en el circuito de alta tensión. En el circuito derectificación de onda completa, el semiciclo negativo es invertido, de formaque siempre se dirige una tensión positiva a través del tubo de rayos X. Eltubo de rayos X de rectificación de semionda solo emite rayos X la mitad deltiempo que esta conectado. La salida de rayos X de una maquina con rectificadorde onda completa se produce cien veces por segundo en lugar de las 50 de losrectificadores de mediaonda.

 

Pedro Martínez
cuana@arrakis.es

 

 

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publicado por alejandracork a las 06:27 · 2 Comentarios  ·  Recomendar
 
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Comentarios (2) ·  Enviar comentario
Que es el calentamiento del anodo..
publicado por Patricio, el 17.10.2012 07:43
COMO SE PRODUCE EL CALENTAMIENTO DEL ANODO.
publicado por Patricio, el 17.10.2012 07:45
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Lic. Alejandra Cork

Licenciada en Producción de Bioimágenes
Profesora de Enseñanza Superior en Producción de Bioimágenes - F.C.V.y S. - Universidad Autónoma de Entre Ríos

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