Was ist eine Röntgenröhre?
Eine Röntgenröhre ist eine Art Röntgengenerator, der Röntgenstrahlen erzeugt.
Es gibt zwei Arten von Röntgenröhren, je nach Form der Röhre: versiegelte Röhren, bei denen das Innere immer im Vakuum gehalten wird, und offene Röhren, bei denen eine Vakuumpumpe außerhalb der Röhre installiert ist, um ein hohes Vakuum zu erzeugen. Die versiegelten Röhren werden weiter in zwei Typen unterteilt: offene Röhren und versiegelte Röhren.
Die versiegelten Röhren werden weiter unterteilt in Röhren mit Drehanode und Röhren mit fester Anode ohne Drehanode. Röhren mit fester Anode haben eine Drehanode, die eine Wärmeabfuhr ermöglicht und den durch die Röntgenröhre fließenden Strom erhöht.
Es gibt auch Röntgenröhren mit Mikrofokus und Minifokus (oder Millifokus), je nach Größe des Brennflecks. Dies sind Röntgenröhren mit einer Brennfleckgröße in der Größenordnung von Mikrometern bzw. Millimetern.
Anwendungen von Röntgenröhren
Röntgenröhren werden als Röntgengeneratoren in verschiedenen Bereichen eingesetzt: Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Wellen mit einer kürzeren Wellenlänge als die ultravioletten Strahlen und haben aufgrund ihrer hohen Energie eine Durchdringungswirkung, die es ihnen ermöglicht, Materialien zu durchdringen.
Diese Durchdringungswirkung wird unter anderem genutzt für:
- Medizinische Bereiche
Allgemeine Radiographie, Mammographie, CT-Untersuchungen, Röntgentherapie bei der Krebsbehandlung usw. - Wissenschaftliche und industrielle Bereiche
Röntgenbeugung, Röntgenfluoreszenzanalyse, zerstörungsfreie Prüfung, Dicken- und andere Materialprüfungen, Gepäckkontrolle auf Flughäfen usw.
Funktionsweise von Röntgenröhren
Eine Röntgenröhre besteht aus einem Gehäuse, einer Kathode (Glühfaden) und einer Anode (Target). Wenn eine Hochspannung zwischen Kathode und Anode angelegt wird, nachdem der Kathodenfaden durch elektrischen Strom erhitzt wurde, werden heiße Elektronen aus dem Faden emittiert und bewegen sich mit hoher Geschwindigkeit zum Anodentarget.
1. Kontrollierte Röntgenstrahlung
Die heißen Elektronen werden vom Kern des Anodenmaterials, z. B. Wolfram, angezogen und ändern rasch ihre Bewegungsrichtung, wobei sie Energie freisetzen. An diesem Punkt werden 99 % der Energie in Wärmeenergie umgewandelt, während das verbleibende 1 % als Röntgenstrahlung emittiert wird. Diese Röntgenstrahlung wird als Bremsstrahlung bezeichnet und ist durch ein kontinuierliches Spektrum gekennzeichnet.
Der Ort, an dem die thermischen Elektronen im Verhältnis zum Kern vorbeiziehen, ist nicht eindeutig bestimmt, und die Röntgenintensität variiert je nach dem Ort, an dem sie vorbeiziehen. Daher haben Bremsstrahlungs-Röntgenstrahlen ein kontinuierliches Spektrum.
2. Charakteristische Röntgenstrahlung
Einige thermische Elektronen kollidieren selten mit Elektronen des Zielatoms. Die kollidierten Elektronen gewinnen Energie von den thermischen Elektronen, werden abgestoßen und gehen in das äußere Elektronenorbital über, kehren aber aufgrund ihrer Instabilität bald wieder in ihr ursprüngliches Orbital zurück.
Der Unterschied im Energiezustand des Elektronenorbitals wird als Röntgenstrahlung emittiert. Diese Röntgenstrahlen werden als charakteristische Röntgenstrahlen bezeichnet und erscheinen als Linienspektrum. Die meisten Röntgenstrahlen, die von Röntgenröhren erzeugt werden, sind Bremsstrahlungs-Röntgenstrahlen. Das äußere Gehäuse der Röntgenröhre hat ein Fenster aus Beryllium oder einem ähnlichen Material mit geringer Röntgenabsorption, durch das die Röntgenstrahlen extrahiert werden.
Weitere Informationen zu Röntgenröhren
1. Röhrenspannung und Röhrenstrom
Die Intensität und Energie der von einer Röntgenröhre erzeugten Röntgenstrahlen hängen von der Röhrenspannung und dem Röhrenstrom ab.
Röhrenspannung
Die Spannung, die zwischen der Anode und der Kathode der Röntgenröhre angelegt wird. Eine höhere Röhrenspannung erzeugt Röntgenstrahlen mit kürzerer Wellenlänge. Die Röhrenspannung ist ein Parameter, der die Intensität und Energie beeinflusst.
Röhrenstrom
Der Strom, der durch das Innere der Röntgenröhre fließt. Der Strom wird erzeugt, wenn thermionische Elektronen, die an der Kathode erzeugt werden, auf die Anode treffen. Bei Drehanodenröhren dreht sich die Anode, wodurch die Wärme abgeleitet wird und der Röhrenstrom steigt.
Es besteht ein proportionaler Zusammenhang zwischen dem Röhrenstrom und der Gesamtintensität der Röntgenstrahlung. Andererseits ändert sich die Röntgenenergie nicht, wenn man den Röhrenstrom ändert.
2. Übertragungseigenschaften von Röntgenstrahlen
Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Wellen mit einer sehr kurzen Wellenlänge und haben daher die Eigenschaft, Materialien zu durchdringen. Die Durchlässigkeit ist je nach Stoff unterschiedlich, und die Röntgenstrahlen werden während der Übertragung abgeschwächt.
Je höher die Energie der Röntgenstrahlen ist, desto größer ist ihr Durchlässigkeitsvermögen.