يتطلب إنتاج كل من الإشعاع الإشعاعي المميز والإشعاع غير المميز إصابة الإلكترونات النشطة بالهدف. وفقًا لذلك، فإن المكونات الرئيسية لأنبوب الأشعة السينية هي مصدر إلكترون من خيوط تنجستن ساخنة، مع كوب تركيز يعمل كقطب كاثود للأنبوب وأنود أو هدف ومغلف أنبوب للحفاظ على فراغ داخلي، كما يتم تسخين الفتيل بواسطة تيار يتحكم في الانبعاث الحراري للإلكترونات والذي بدوره يحدد التيار الإلكتروني المتدفق من القطب السالب إلى الأنود (الأنبوب أو تيار الأنود).
أنابيب الأشعة السينية
يتحكم فرق الجهد المتسارع المطبق بين الكاثود والأنود في كل من طاقة الأشعة السينية والمحصول. وبالتالي، تعمل دائرتان رئيسيتان داخل أنبوب الأشعة السينية ودائرة الفتيل ودائرة جهد الأنبوب، تيارات الأنود النموذجية اعتمادًا على وضع الفحص، هي <10 مللي أمبير في التنظير الفلوري و 100 مللي أمبير إلى> 1000 مللي أمبير في التعرض الفردي. النطاق النموذجي لجهود الأنبوب هو 40-150 كيلوفولت للأشعة التشخيصية العامة و25-40 كيلوفولت في التصوير الشعاعي للثدي.
مكونات أنبوب الأشعة السينية
الكاثود
يولد ترتيب الفتيل وكوب التركيز وسطح الأنود والجهد الأنبوبي مجالًا كهربائيًا يسرع الإلكترونات نحو النقطة البؤرية عند الأنود. عادةً ما تستخدم أنابيب الأشعة السينية ذات البؤرتين البؤريتين مجموعتين منفصلتين من الخيوط والكأس (كتل الكاثود).
تعتمد درجة التركيز على فرق الجهد أو جهد التحيز بين الفتيل وتركيز القطب، ستكون النقطة المحورية أكبر إذا كان كلاهما في نفس الإمكانات. مع زيادة الجهد التحيز السلبي في كوب التركيز، سينخفض حجم التركيز وأخيراً سيتم إيقاف تيار الإلكترون، كما يستخدم هذا التأثير أحيانًا للتحكم في حجم التركيز إلكترونيًا أو للتبديل السريع لتيار الأنود (أنابيب التحكم في الشبكة) عند الحاجة إلى نبضات إشعاعية قصيرة، كما هو الحال في التنظير النبضي.
كما يمكن تحقيق بعض التحيز ببساطة عن طريق توصيل الفتيل والكوب بمقاومة تسرب شبكة عالية المقاومة، ستضرب بعض الإلكترونات المنبعثة من السطح الخيطي الكوب وتشحنه.
يتم تفريغ الكوب عبر مقاوم التسرب الشبكي، مما يحافظ على الكوب عند اختلاف الجهد السلبي. عادةً ما يتم صنع خيوط الجرح الحلزوني من سلك التنجستن بقطر 0.2-0.3 مم ويعمل عند حوالي 2700 كلفن لتقليل تبخر التنجستن من الحرارة، يتم الاحتفاظ بدرجة حرارة الفتيل عند مستوى أقل، باستثناء أثناء التعرض عندما يتم رفعها إلى مستويات التشغيل.
كما يزداد الانبعاث الحراري للإلكترونات مع زيادة درجة الحرارة (قانون ريتشاردسون) وينتج سحابة من الإلكترونات (شحنة فضاء) تحيط بالخيوط، تحمي هذه الشحنة الفضائية الفتيل من جهد الأنود، كما تؤدي زيادة درجة حرارة الشعيرة إلى زيادة شحنة الفضاء وفي مرحلة ما لا يستطيع المجال الكهربائي إزالة جميع الإلكترونات المنتجة، لكن تيار الأنود يظل ثابتًا (تيار الشحن المكاني المحدود).
قد تنتهي محاولة زيادة تيار الأنود عن طريق زيادة تيار الفتيل في النهاية بفشل الشعيرة. عادةً ما يمنع التحكم في المولد هذا الموقف بالنسبة لجهود الأنود العالية، يتم تسريع جميع الإلكترونات المغلية من الفتيل إلى القطب الموجب، مما يعطي تيارًا موجبًا مستقلاً إلى حد ما عن جهد الأنبوب (تيار التشبع).
الأنود
بالنسبة لتطبيقات التصوير الشعاعي الشائعة، فإن إنتاجية عالية من (bremsstrahlung) إلزامي وتتطلب مواد ذات أعداد ذرية عالية. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا للفعالية المنخفضة لإنتاج الأشعة السينية، من الضروري أيضًا أن تكون الخصائص الحرارية مثل درجة الحرارة القصوى المفيدة التي تحددها نقطة الانصهار وضغط البخار والتوصيل الحراري والحرارة المحددة والكثافة.
التنغستن (العدد الذري = 74) هو الخيار الأمثل هنا بالنسبة لتصوير الثدي بالأشعة، يتم استخدام مواد الأنود الأخرى مثل الموليبدينوم (Z = 42) والروديوم (Z = 45) بشكل متكرر. لمثل هذه الأنودات، تُظهر أطياف الأشعة السينية مساهمة أقل من قبل bremsstrahlung ولكنها بالأحرى خاصية سائدة للأشعة السينية لمواد الأنود، هذا يسمح بتحسين أكثر إرضاءً لجودة الصورة وجرعة المريض. في التصوير الشعاعي للثدي الرقمي، تكون هذه المزايا أقل أهمية ويفضل بعض المصنّعين أنودات التنغستن.
لأغراض القياس، يتم تحديد حجم النقطة البؤرية على طول إسقاط الحزمة المركزية. بالنسبة لتيارات الأنود العالية، يجب أن تكون مساحة الأنود التي تضربها الإلكترونات كبيرة قدر الإمكان، للحفاظ على كثافة القدرة ضمن الحدود المقبولة، لتحقيق التوازن بين الحاجة إلى تبديد كبير للحرارة والحاجة إلى حجم بقعة بؤرية صغيرة، يتم استخدام مبدأ تركيز الخط.
يميل الأنود إلى محور الأنبوب، عادةً مع الشعاع المركزي لمجال الأشعة السينية عموديًا على محور الأنبوب، كما تصطدم الإلكترونات بالقطب الموجب في التركيز الإلكتروني والذي يتم تحديده إلى حد كبير من خلال طول خيوط الكاثود، يظهر التركيز الإلكتروني مختصراً في اتجاه الحزمة بواسطة الخطيئة كتركيز فعال، تتراوح زوايا الأنود في أنابيب التشخيص من 6 درجات إلى 22 درجة حسب مهمتها مع استخدام 10-16 درجة للأنابيب ذات الأغراض العامة.
مبدأ تركيز الخط – زاوية الأنود
يتم إعطاء البعد الشعاعي لحجم التركيز من خلال قطر الملف الخيطي وعمل كوب التركيز، كما يتم إعطاء حجم النقطة المحورية لأنبوب الأشعة السينية للشعاع المركزي في مجال الأشعة السينية الذي يعمل بشكل عمودي على شعاع الإلكترون أو محور الأنبوب، يعتمد حجم البقعة البؤرية الفعلي على الموضع داخل مجال الرؤية، حيث يزداد من جانب الأنود للأنبوب إلى الكاثود.
إن تقليل زوايا الأنود لتحقيق أحجام تركيز بؤري فعالة أصغر مقيد بحجم مجال الرؤية المطلوب حيث يتم قطع حزمة الأشعة السينية بواسطة الأنود، يتم إعطاء حد إضافي من خلال تأثير الكعب، تتعرض الأشعة السينية المنتجة في العمق داخل الأنود لبعض خسائر الامتصاص وفقًا للمسافة التي تمر بها مادة الأنود.
وبالنسبة للأشعة السينية التي تظهر بالقرب من جانب الأنود في مجال الأشعة السينية، تكون الخسائر أعلى مما يؤدي إلى ظهور أشعة سينية غير متجانسة وتكون الشدة عبر الشعاع. في التصوير الشعاعي الإسقاط، يمكن التحقق من هذا التأثير عن طريق قياس كرمة الهواء عبر الحزمة على الرغم من أنه بالكاد يمكن ملاحظته في الصور الشعاعية.
في التصوير الشعاعي للثدي، يتم استخدام تأثير الكعب لإنشاء انخفاض في الكيرما الهوائية الساقطة من جدار الصدر إلى الحلمة، مطابقة لانخفاض سماكة العضو بالإضافة إلى الأشعة السينية المنتجة في البؤرة الأولية، ينتج بعض الإشعاع البؤري من الإلكترونات المتناثرة من الأنود، والتي يتم تسريعها بعد ذلك وضرب القطب الموجب خارج المنطقة البؤرية، يمكن أن يساهم الإشعاع خارج البؤرة بنسبة تصل إلى حوالي 10٪ من كثافة الأشعة السينية الأولية. نظرًا لأن حجم التركيز البؤري الفعال للإشعاع غير البؤري أكبر بكثير من التركيز الأساسي، فإن تأثيره ضئيل على جودة الصورة مثل ضباب الخلفية وعدم الوضوح.
في بعض الأحيان، يتم تصوير أجزاء من الجسم خارج الحزمة الموازية عن طريق الإشعاع البؤري (مثل الأذنين في الإسقاطات الأمامية للجمجمة)، كما يزيد أيضًا الإشعاع غير البؤري من جرعة المريض. أفضل وضع للحجاب الحاجز لتقليل الإشعاع البؤري يكون قريبًا من البؤرة.
