BÓNG VÀ MÁY QUANG TUYẾN X
1. Nguyên lý vận chuyển
Chúng ta biết rằne quang tuyến X phát ra mỗi khi điện tử đang di chuyển với một tốc độ cao, đột nhiên bị một vật gì ngăn lại.
Vậy một bóng p h át quang tuyến X p hải gồm mấy bộ phận chính:
- Một nguồn phát sinh điện tử - Một điện trường đẩy điện tử chạy
- Một mặt kim loại để ngăn chặn luồng điện tử lại: bộ phận này gọi là đối âm cực.
Nhưng nếu điện tử va chạm vào những phân tử trong không khí nhiểu quá thì chúng không di chuyển nhanh được, và cũng không ở trạng thái tự do được. Vì vậy trong bóng quang tuyến X người ta phải rút hết khí, rút đến một độ chân không cao hay thấp tuỳ loại b ó n g ., , ,
19
Có hai loại bóng quang tuyến X:
- Bóng khí kém hay ion-điện tử, trong đó điện tử phát sinh do một sỗ' ion cua khí còn lại trong bóng đánh vào âm cực. Như vậy trong bóng này khi nào cũng phai có một ít khí.
- Bóng âm cực cháy đỏ, hay nhiột điộn từ trong đó điộn tử phát sinh ờ âm cực có một nhiột độ cao (bóng này có một độ chân không rất cao)
7Ẽi. Bóng khí kém
Đến năm 1914 người ta chỉ dùng loại bóng khí kém, cũng gọi là bóng Crookes.
Cường độ loại bóng này thấp. Ngoài ra nó có một khuyết điểm căn bản là dùng một thời gian thì số lượng khí còn lại trong bóng hao dần, nên cường độ bóng càng giảm xuống, đổng thời độ đâm xuyên của tia X cũng thay đổi. Đến khi khí còn ít quá thì bóng không chạy nữa, nên khi đó phải dùng nhiều kỹ thuật phức tạp để bơm khí vào. Vì những bất tiện trên nên hiộn giờ người ta không dùng thứ bóng đó nữa.
/ ề2ế Bóng Cooligde
Hiộn nay người ta chỉ dùng loại bóng âm cực cháy đỏ vận chuyển theo nguyên lý của hiệu ứng nhiệt điện tử nói trên gọi là bóng Cooligde. Trong bóng này có m ột độ chân không lên đến một phần triệu mmHg.
Với một áp suất khí thấp như vậy trong bóng chân không có thể có đủ ion khí để đánh vào âm cực và phát ra điện tử như trong bóng Crookes, cho nên dù cho vào giữa hai điện cực một thế hiộu cao đến đâu thì dòng điện cũng không thể qua được nếu âm cực nguội. Nhưng nếu người ta đốt đỏ âm cực lên nó sẽ phát ra điện tử (hiệu ứng Edison).
Dưới ảnh hưởng của một điộn trường, các điộn tử tạo thành chùm tia âm cực di chuyển với một tốc độ cao. Chùm tia âm cực đánh vào đối âm cực sẽ phát ra tia X.
•' r.T Tíi ,
Ta cần chú ý là điện cực cháy đỏ phải là âm cựcỂ Có thể nó mới đẩy điện tử ra.
Điện cực nguội phải là dương cực thì nó mới hút điện tử vào. và biến các hạt điện tử thành những đường dây bắc cẩu cho dòng điện qua, nếu ngược lại thi dòng điện khổng qua được.
Chỉ vì sức nóng mà âm cực phát ra điện tử; và nhiệt độ sợi âm cực lên cao chùng nào thì điện tử phát ra nhiẻu chừng ấy. Điện tử càng nhiều thì tia X phát ra càng nhiẻu,
Tốc độ của điện tử chạy qua dương cực phụ thuộc vào điện thế. Đ iện th ế cáò chững nào thì tốc độ điện tử cao chừng ấy. Tốc độ điện tử càng cao thì bước sóng tia X phát ra càng bé, nghĩa là độ đâm xuyên tia X càng cao.
N hư vậy ta thấy ở bóng Cooligde có hai đặc điểm:
- Nếu ta muốn tăng hay giảm cường độ của chùm quang tuyến X l i chì cẩn tông hay giảm nhiệt độ của sợi âm cực.
- Nếu ta muốn tãng hay giảm độ đâm xuyên của tia X, ta d ù cẩn tâng hay giảm điện thê đi qua giữa hai điộn cực của bóng.
Hai yếu tố đó hoàn toàn độc lập. Đó là ưu điểm lớn đối với bóng Crookes, trong đó cường độ và độ đâm xuyên của tia X đều phụ thuộc vào độ chân không của bóng.
2. C ấu tạo của bóng Cooligde
Bóng Cooligde là một bóng thuỷ tinh, trong đó người ta thiết lập một độ chân không rất cao, dưới một phần triệu milimet thuỷ ngân. Hai đầu bóng có hai điện cực, một điện cực âm một điện cực dương. Điện cực dương đổng thời đóng vai trò đối âm cực.
Hình 1.10. Sơ đồ nguyên lý bóng Coolidge K: âm cực; A: đối âm cực; e: chùm điện tử; x: chùm tia X.
2.1. Ả m cực
Là một sợi tungsten cuốn hình xoáy ốc đốt nóng bởi một dòng điện phụ
Nguồn điện này là một máy giảm thế, cung cấp bởi dòng điện thành phố 110 vôn và biến thành dòng điện 6 -1 0 vôn điện cho vào sợi âm cực để đốt nó nóng đỏ.
Sợi âm cực nằm vào một cái phễu hoặc một cái ống (như cái nòng súng), mục đích để tập trung điộn tử lại thành một luồng hướng thẳng về phía đối âm cực, không cho nó toé ra và giữ cho sợi âm cực khỏi bị méo và chóng hỏng do sức hút của những phân tử điện dương trong bóng. Bộ phận đó gọi là bộ phận tập trung. Nó nối liền với âm cực.
Thế hiộu giữa hai điện cực lúc nào cao hơn dòng điện no. Như vậy cường độ dòng điện lúc nào cũng chỉ phụ thuộc vào độ đốt nóng của sợi âm cực.
2.2. Đ ối õm cực *;ô > /tớ ) }.
Ta cần nhớ rằng khi điện tử oanh tạc vào đối âm cực thì chỉ non 1% năng lượng biến thành quang tuyến X, còn 99% biến thành nhiệt. Vì vậy đối âm cực nóng lên rất nhiều và có thể bị chảy hoặc nóng đỏ rực lên và cũng phát ra điện tử như âm cực. Trong trường hợp này nếu đặt bóng vào một dòng điện xoay chiều không có bộ phận chỉnh lưu. thì luồng điện tử có thể đi ngược chiều, đánh vào sợi âm cực và làm hỏng bóng.
Vì vậy việc chế ra đối âm cực đủ bền vững để chịu sự oanh tạc của điện tử và phương pháp làm nguội đối âm cực là cả một vấn đề đối với kỹ thuật chế tạo quang tuyến X.
Tiêu điểm phát ra quang tuyến X của đối âm cực lại phải bé thì hình chụp X quang và hình chiếu mới rõ, do đó nhiệt lượng tập trung lại trên một diện tích bé lại càng cao.
Trong bổng Cooligde, đối âm cực là một miếng kim lọai hình chữ nhật mỗi cạnh chỉ 2-4mm , bằng tungsten. Tungsten có một độ chảy khá cao L 3.350 độ. M iếng tungsten
21
đó găn vào đáu một khói đổng hình trụ lớn có nhiệm vu dán nhiệt ra ngoai. Đâu kia cua khối đồng gắn với một ổ làm nguội có cánh đế loả nhiệt ra không khí. \ ì và> loai bong này gọi là bóng có ổ nguội có cánh (hình 1.11)
V
Hinh 1.11. Bóng Coolidge có ế nguội 1. Ổ nguội; 2,Đói âm cực; 3.Sợi âm cực; 4.Âm cực;
5. Bô phận tập trung;6. Khối đồng; 7. Chắn sáng
Đối âm cực của bóng này như vậy luôn luôn nguội nên người ta có thể đặt nó vào giữa một dòng điện xoay chiều mà dòng điện không qua bóng ngược chiều được.
Bóng hiện đại đều bao bọc xung quanh bời một cái vỏ chì kín chỉ hở một lỗ bé để cho chùm quang tuyến X ra. Như vậy bảo vộ được tốt đối với những nguy hiểm của quang tuyến X. Ngoài ra vỏ bóng chứa dầu. Dầu có tác dụng làm nguội đổng thời cách điện tốt, nhờ vậy người ta có thể chế ra những
- T * ^ M gẩn đ ỉn điệ" ,hưỉmg (h'nh
đính;‘c) chùm tia X; d)VỎ chì