Í öllum röntgentækjum er röntgenlampi þar sem röntgengeislarnir verða til. Röntgenlampinn er lofttæmt hylki sem er tengt rafmagni. Inni í lampanum er annars vegar varmaþráður sem gefur frá sér rafeindir þegar straumi er hleypt á lampann og hins vegar málmflötur sem rafeindirnar eru látnar skella á. Málmflöturinn er svonefnt forskaut (e. anode) og er einnig nefndur anóða.
Þegar kveikt er á lampanum er sett spenna yfir hann og hún veldur því að rafeindir dragast frá varmaþræðinum yfir á forskautið (jákvæða skauti lampans). Á leiðinni öðlast rafeindirnar hreyfiorku sem verður meiri eftir því sem sem spennan yfir lampann er hærri. Þegar rafeindirnar lenda á málminum í forskautinu dregur snögglega úr ferð þeirra og þær gefa frá sér eitthvað af hreyfiorkunni (eða jafnvel alla). Hluti þessarar orku fer frá forskautinu á formi rafsegulgeislunar sem við köllum röntgengeisla, en tölverður hluti orkunnar verður að hita í forskautinu.
Áður en lengra er haldið er rétt að rifja upp hvernig frumeindir eru uppbyggðar. Kjarninn er samsettur úr jákvætt hlöðnum róteindum og óhlöðnum nifteindum. Rafeindir eru svo á sveimi í kring. Nánar má lesa um þetta í svari við spurningunni: Hver er munurinn á frumefni og frumeind? eftir Emelíu Eiríksdóttur. Hafa ber í huga að rafeindir eru agnarsmáar og að í frumeind raðast þær í kringum kjarnann eftir ákveðnu kerfi en því er lýst í svari við spurningunni: Hvað eru margar rafeindir á hverju hvolfi? eftir Ágúst Kvaran.
Þegar rafeindir sem koma frá varmaþræði lampans skella á forskautinu getur myndast röntgengeislun á tvo vegu. Ef rafeind fer mjög nærri kjarna frumeindar í forskauti veldur hleðsla kjarnans því að rafeindin beygir og hægir snögglega á sér. Við það losnar hreyfiorka á formi ljóseindar og er það fyrirbæri kallað bremsugeislun (e. og þ. bremsstrahlung). Rafeindin (sem kom frá varmaþræðinum) getur einnig losað rafeindir á innri hvolfum frumeindarinnar, sem aftur verður til þess að rafeindir af ytri hvolfum færast inn í lausu sætin. Þegar rafeind færist nær kjarna losnar orka á formi ljóseindar og er það kallað kennigeislun (e. characteristic X-ray).
Röntgengeislun sem kemur út úr lampanum er því sambland af kennigeislun og bremsugeislun. Orka röntgengeislans (ljóseindanna) fer eftir því hve mikil spennan er yfir lampann. Engin ljóseind getur haft hærri orku en sem nemur mestu hreyfiorku rafeindar þegar hún lendir á forskautinu. Það eru hins vegar margar ljóseindir sem hafa minni orku vegna þess að oftast flyst ekki öll orka rafeindarinnar yfir í ljóseind. Röntgengeislinn hefur því orkuróf sem er samfellt upp að þeirri orku sem samsvarar spennunni yfir lampann. Hreyfiorku rafeinda í röntgenlampa er hentugt að mæla í elektrónuvoltum (eV), en sé spenna yfir röntgenlampa 100 kV er hreyfiorka rafeindar 100 keV þegar hún lendir á anóðunni. 1 eV er jafnt og $1,6\cdot 10^{-19}Joule$ en meira má lesa um straum og spennu í svari við spurningunni: Hvernig eru volt og amper skilgreind? eftir Jón Tómas Guðmundsson.
Þversniðsmynd af röntgenlampa. Forskautið er merkt með A og bakskautið (e. catode, einnig nefnt katóða) með C. T merkir brenni-„punktinn“ á forskautinu og varmaþráðurinn á bakskautinu er grænn. E er útlína lofttæmda lampahylkisins, S og R eru hlutar hreyfils sem snýr forskautinu, O táknar kæliolíuna sem umlykur lampann og B er pláss fyrir olíuna að þenjast. H er lampahúsið og W er glugginn á lampahúsinu þar sem röntgengeislar komast út.
Í röntgenlömpum sem notaðir eru í læknisfræði er forskautið látið snúast þannig að brennipunkturinn (staðurinn þar sem rafeindir lenda) er í raun lína en ekki punktur. Þetta er gert til að auka afl lampans og minnka líkur á skemmdum í forskautinu. Skýringarmyndin sýnir þversnið af röntgenlampa. Þar má sjá hvernig brenni-„punkturinn“ er teiknaður sem rauður depill á tveim stöðum (T). Utanum röntgenlampann er lampahús (H) sem kemur í veg fyrir að röntgengeislar fari út úr lampanum í aðrar áttir en ætlast er til. Einnig má sjá á myndinni að á lampahúsinu er lítill gluggi (merktur W). Röntgengeislar sem hafa rétta stefnu frá forskautinu fara þar út úr lampanum. Það sem ekki sést á myndinni er að yfirleitt er geislinn afmarkaður enn frekar með blýblendu sem er utan við lampann. Oft er hún þannig úr garði gerð að hægt er að stilla stærð geislasviðsins og er þá notað ljós frá ljósaperu inni í blenduhúsinu til að sýna hvernig blendan er stillt. Í öðrum tilvikum, til dæmis í tannröntgentækjum, er blýblenda sem er ekki hægt að hreyfa og stærð geislasviðs því alltaf sú sama.
Röntgentæki eru mjög mismunandi eftir því til hvers á að nota þau. Stundum eru lamparnir festir á loftvagn en þá hanga þeir neðan úr loftinu og auðvelt er að færa þá um herbergið, til dæmis eftir því hvort taka á mynd af liggjandi manneskju eða manneskju sem stendur. Í mörgum skyggnitækjum eru lamparnir undir borði og sjást ekki, og í tölvusneiðmyndatæki er röntgenlampinn inni í plasthúsi sem minnir á risastóran kleinuhring, þar sem hann er festur á hring þannig að hann geti ferðast umhverfis það sem á að mynda.
Öll röntgentæki eiga röntgenlampann sameiginlegan, en ef til vill ekki neitt annað!
Frekara lesefni á Vísindavefnum:
Jónína Guðjónsdóttir. „Hvað sendir frá sér geislun, í til dæmis röntgentækjum?“ Vísindavefurinn, 18. mars 2011. Sótt 16. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=50533.
Jónína Guðjónsdóttir. (2011, 18. mars). Hvað sendir frá sér geislun, í til dæmis röntgentækjum? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=50533
Jónína Guðjónsdóttir. „Hvað sendir frá sér geislun, í til dæmis röntgentækjum?“ Vísindavefurinn. 18. mar. 2011. Vefsíða. 16. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=50533>.
Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.
Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar
um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að
svara öllum spurningum.
Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að
svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki
nægileg deili á sér.
Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.
Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!
Sólin
Rís 05:51 • sest 21:06
Tunglið
Rís 09:47 • Sest 06:52
Flóð
Árdegis: 00:02 • Síðdegis: 12:48
Fjara
Árdegis: 06:36 • Síðdegis: 18:53
