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COSA SONO I RAGGI XI raggi X
sono onde elettromagnetichela cui
lunghezza d'ondaè molto più piccola di quella
delle radiazioni visibili .Furono scoperti casualmentedal fisico tedesco Roentegen
nel 1895 il quale, non sapendo di che tipo di radiazione si trattasse,
dette loro il nome di raggi X.
COSA SONO I RAGGI XI raggi X
vengono prodotti attraverso l'urto
tra un fascio di elettroniad alta energia
ed un disco compostoda un elemento ad alto numero
atomico (in genere tungsteno).
COSA SONO I RAGGI XSono, quindi, il risultato
della fortedecelerazione degli elettroni
nelle collisioni con i nuclei atomicie delle transizioni
degli elettroni nelle orbite più profonde
all'interno degli atomi.
COSA SONO I RAGGI X
I meccanismi di produzione dei raggi X sono due:
•Bremsstrahlung (o radiazione di frenamento)
•Radiazione caratteristica
COSA SONO I RAGGI X
Gli elettroni ad alta velocitàvengono
bruscamente deceleratiquando passano vicinoagli atomi dell'anodo .
Gli elettroni hanno carica negativa e sono attratti dai nuclei
(a carica positiva), vengono deviati e perdono energia.La perdita di energia si concretizza
nell'emissionedi radiazione elettromagnetica
Bremsstrahlung
COSA SONO I RAGGI XBremsstrahlung
Dal punto di vistaquantistico,
vengono prodottimolti fotoni
di diversa lunghezza d'onda, ma nessun fotone ha più energia di quella posseduta inizialmente
dagli elettroni. Dopo l'emissione dello spettro di
raggi X,gli elettroni incidenti
rallentano o si fermano.
COSA SONO I RAGGI X
La perdita di energia avviene secondo la
relazione
E=hv
doveE rappresenta l'energia,h rappresenta la costante di Planckv rappresenta la frequenza
dell'onda elettromagnetica.
Bremsstrahlung
COSA SONO I RAGGI XBremsstrahlung
L'energia di una radiazione Xemessa
per Bremsstrahlung dipende dall‘ energia iniziale
dell'elettrone e dalla distanza tra
l'elettrone e i nuclei atomici.
COSA SONO I RAGGI XRadiazione caratteristicaQuesta radiazione è prodotta quando
un elettrone acceleratourta
un elettrone delle orbitali più internedi un atomo
L'elettrone viene rimossodal suo livello energetico,
che viene riempitoda un elettrone
di un livello superiore.
COSA SONO I RAGGI XRadiazione caratteristica
L'energia persa dall‘elettroneche precipita
viene emessasotto forma di raggi X.
Intanto, elettroni con energia maggiore occupano lo strato
vacante, spazio K ,nel guscio esterno.
COSA SONO I RAGGI X
Radiazione caratteristicaL'emissione di guscio K
produce raggi X di intensità maggiore
rispetto alla Bremsstrahlung,
i fotoni prodotti hanno tutti lamedesima lunghezza d'onda.
COSA SONO I RAGGI XRadiazione caratteristica
La radiazione X emessacorrisponde
alla differenza di energia tra i due livelli,
che risulta esserequindi
caratteristica dell'atomo e dei livelli stessi.
COSA SONO I RAGGI XNegli esami radiologici si usano
apparecchi che generano raggi X,detti tubi radiogeni.
Un tubo a raggi X è costituito da un'ampolla di vetro,
posta dentro un involucro metallico
rivestito di piombo. L'emissione dei raggi X
avviene solo da unapiccola zona non schermata detta
finestra
COSA SONO I RAGGI X
All’ interno dell’ ampolla di vetroviene creato
il vuoto molto spinto.In essa sono incorporati
due elettrodi, disposti l’uno di fronte all’altro,
denominati:
catodo ( con uno o due filamenti )anodo
COSA SONO I RAGGI X
Il catodo è l’ elettrodo negativodel tubo radiogeno ed è costituito da
un involucro metallico, “testa del catodo”,
realizzata normalmente in nichel o ferro nichelato,contenete
uno o due filamenti di tungsteno
COSA SONO I RAGGI X
Una parte essenziale del catodo è la focusing cup.
Il suo ruolo è quello di restringere
il diametro del fascio di elettroni in modo che possano essere
diretti solo su una piccola parte dell'anodo,
la macchia focale.
COSA SONO I RAGGI XLa grandezza del filamento
determinail diametro del fascio di elettroni,
la grandezza della macchia focale e quindi il
diametro del fascio di raggi X prodotti.
Le dimensioni della macchia focale sonocritiche
per quanto riguardala qualità dell'immagine,
più piccola è la macchia focale,più puntiforme è la sorgente di radiazioniquindi migliore risulta l‘immagine finale.
COSA SONO I RAGGI X
La funzione del catodoè quella
di produrre elettroniper effetto termoelettrico:
Il filamento viene attraversatoda una corrente intensa che
riscalda il catodoe determina la produzione
di elettroni di conduzione
COSA SONO I RAGGI X
Variando la tensione applicataai capi del filamento
si fa variare la corrente che lo percorre,
quindi la sua temperatura ,
e di conseguenza la quantità di elettroni liberati
cioè i mA
COSA SONO I RAGGI X
L’energia cinetica degli elettroni aumenta all’aumentare della T del filamento.
Per valori di questa energia inferioread un certo valore limite,
gli elettroni rimangono confinati nell’ atomo.
All’aumentare della T aumenta anche l’E cinetica,
per cui gli elettroni superano la “barriera di potenziale” ed
escononello spazio vuoto
COSA SONO I RAGGI X
La temperatura del filamento di tungsteno
di un tubo a raggi X deve raggiungere almeno 2200° C
perchè si possa avere un’ emissione elettronica utile e non deve superare i 2500°C
perché quanto più è caldo tanto più tende ad evaporare
COSA SONO I RAGGI X
Applicandoun campo elettrostatico opportuno,
tra il catodo e l’ anodo,si possono convogliare
la nube di elettroni verso l’ anodo generando così
una corrente elettronica
COSA SONO I RAGGI XNei tubi radiogeni
si polarizzanegativamente il catodo e positivamente l’anodo,
con una differenza di potenzialetra i 40 e i 150 KV
affinché gli elettroniprodotti al catodo siano convogliati
verso l’ anodo con un energia sufficiente a provocare un’interazione
tale da generare un fascio di raggi X
COSA SONO I RAGGI XGli elettroni di conduzione,
quindi vengono accelerati verso l'anodo
grazie all'alta differenza di potenziale. La “costante di emissione primaria”
è la quantità di elettroni che un filo metallico riscaldato può fornire
per unità di potenza e dipende
dalla natura del filo,dallo stato e dall’ estensione
della sua superficie,dalla temperatura e dalla sua costituzione chimica
COSA SONO I RAGGI X
L’anodo è l’elettrodo positivodel tubo radiogeno.
Può essere fisso o rotante.E’ costituito da tungsteno.
COSA SONO I RAGGI XL’anodo fisso è costituito da rame
mentre,nel punto in cui
avviene il bombardamento,vi è una placchetta di tungsteno
dello spessore di circa 2 mmIl codolo è la parte in rame
dell’anodoprolungata all’esterno dell’ ampolla di vetro
per una più attiva dissipazionedel calore
COSA SONO I RAGGI X
L’ anodo rotanteè costituito
da un piattello di tungsteno forgiatomontato tramite un
sottile stelo di molibdeno,sull’estremità di un cilindro di rame
(rotore),contenuto
nell’ampolla di vetrodel tubo radiogeno
COSA SONO I RAGGI X
Il piattello di tungstenoruota
durante il bombardamento degli elettroni.
Così metallo riscaldato dall’ impatto con gli elettroni
lascia il posto a del metallo più freddo,si’ da ripartire il calore su diuna superficie più grande
COSA SONO I RAGGI X
La funzione dell’ anodo è quelladi costituire un bersagliocontro il quale avviene l’impatto degli elettroni.
E’ questo impatto che provocal’emissioni di raggi X
COSA SONO I RAGGI X
Il bersaglio non è perpendicolareal fascio degli elettroni,
ma inclinatodi un angolo di circa 20°.
In questo modogli elettroni interagiscono con un'area
rettangolare (area focale)mentre i fotoni
escono da un‘ area quasi quadrata molto più piccola,
detta macchia focale o spot focale effettivo
COSA SONO I RAGGI X
Aumentandol'angolo di inclinazione,
aumenta l'area focale
che determinal'intensità
del fascio X in uscitaed aumentano anche le
dimensioni dello spot effettivo.
COSA SONO I RAGGI X
Il fuoco è quindila parte della superficie
dell’anodoche viene colpita dal fascio elettronicoproveniente dal filamento del catodo
e dalla quale prendono originei raggi X.
COSA SONO I RAGGI XFuoco elettronico:
sezione del fascio elettronico sulla superficie di impatto dell’anodo del tubo radiogeno
Fuoco termico:la parte dell’anodo sottoposta a riscaldamento per effetto dell’impatto del fascio elettronico
Fuoco ottico:l’area della proiezione ortogonale del fuoco elettronico vista sul fascio centrale del fascio di radiazione
COSA SONO I RAGGI XNei tubi ad anodo rotante
il fuoco termicoè costituito da tutta la superficie circolare
colpita dal fascio elettronico per effetto della rotazione dell’anodo
COSA SONO I RAGGI Xsolo l'1 % dell'energia cinetica
degli elettroniè disponibile per la produzione
di raggi Xil resto viene convertita in
energia termicae ciò può causare il deterioramento o
addirittura la fusionedell'anodo.
Per evitare l'eccessivo riscaldamentodell'anodo
vengono utilizzati anodi rotantiin modo che il fascio di elettroni
incida in punti diversi.
COSA SONO I RAGGI X
Perchè si usa il tungstenonei tubi a raggi X?
Esistono altri elementi che
possono produrre raggi X?
COSA SONO I RAGGI X
La maggior parte degli elementi emette raggi X
se opportunamente bombardatacon elettroni.
Gli elementi più pesanti(come il tungsteno)
sono i migliori poichè emettono una maggiore intensità di radiazione
attraversoil meccanismo di bremsstrahlung
COSA SONO I RAGGI X
La scelta è legata ad un problema tecnico:quasi tutta l'energia derivante
dall'impattoproduce solo riscaldamento del materiale.
Si utilizzail tungsteno poichè può sopportare
questo bombardamento, ha un elevato punto di fusione
ed è in grado di disperdere il calore molto bene
COSA SONO I RAGGI XPerchè lo spettro di guscio K dipende
dall'elemento utilizzato come bersaglio?Esiste un legame fra la lunghezza d'ondadel raggio X emesso
e il numero atomico dell'elementoQueste radiazioni sono dette caratteristiche,
perché sono proprie della natura chimicadell’ anodo.
Precise leggi della meccanica quantisticavietano alcune transizioni che collegano
L, M, N a K.
COSA SONO I RAGGI X
Per variarela quantità dei fotoni X
bisogna variarela corrente
che alimenta la spiralina catodica(misurata in mA):
incrementando la T del filamento è possibileottenere
una maggiore quantitàdi raggi X.
COSA SONO I RAGGI XPer variare la qualità dei fotoni X
emessi dal tubo radiogeno
bisogna agire sulla differenza di potenziale
(misurata in kV):a maggiore d.d.p. corrispondono
raggi X più energetici, cioè più penetranti.
COSA SONO I RAGGI X
I raggi X escono dal tuboattraverso un' apposita finestra.
A questo punto, le radiazioni a bassa energiadevono essere rimosse, infatti non sono abbastanza
intenseda attraversare il paziente
( quindi contribuire alla formazione dell'immagine)provocherebbero
solo danni al paziente stesso.Per assolvere tale funzione,
si usa un filtro di alluminio
Filtri e collimatori
COSA SONO I RAGGI X
I collimatori consentonodi regolare la forma e la grandezza del
fascio di raggi X.Questo controllo è necessario per due motivi:
-protezione delle persone,collimare le radiazioni significa ridurresostanzialmente le radiazioni diffuse e quindi diminuire l’esposizione del paziente ;
-qualità dell'immagine, le radiazioni diffuse riducono la definizione ed il contrasto.
Filtri e collimatori
COSA SONO I RAGGI X
Il dispositivo di collimazioneè costituito da una serie di lamine, da uno specchio e da una luce che
imitano il fascio di raggi X econsentono
all'operatore di regolare al meglioil fascio di radiazioni
prima di iniziarel'esposizione vera e propria.
Filtri e collimatori
COSA SONO I RAGGI X
I DIAFRAMMIsono dei limitatori di fascio che
permettono di confinareil fascio radiogeno alla zona da radiografare,
riducendo l’ esposizione al paziente
COSA SONO I RAGGI X
I tubi radiogeni
devono essere sempre racchiusi
in contenitori dedicati chiamati
guaine o anche cuffie
COSA SONO I RAGGI X
Sono degli involucri di piomboche hanno solo una
“finestra” radiotrasparentein corrispondenza del fascio di radiazioni,
di aperturasufficiente a delimitare tale fascio
Consentonouna schermatura protettiva
contro le radiazioni X e contro l’alta tensione applicata
agli elettrodi del tubo
GUAINE E CUFFIE
LA DIFFICOLTA’ CHE INCONTRIAMOPER RAGGIUNGERE LA NOSTRA META
E’IL CAMMINO PIU’ BREVEPER ARRIVARCI
K. Gibran