Tubo de rayos X

tubo de rayos X

El 8 de noviembre de 1895, el físico, Wilhelm Conrad Röntgen, realiza experimentos con los tubos de Hittorff-Crookes o simplemente tubo de Crookes) y la bobina de Ruhmkorff, analizaba los rayos catódicos, para evitar la fluorescencia violeta, que producían los rayos catódicos en las paredes de un vidrio del tubo, crea un ambiente de oscuridad, cubre el tubo con una funda de cartón negro.
Era tarde y al conectar su equipo por última vez se sorprendió al ver un débil resplandor amarillo-verdoso a lo lejos, sobre un banco próximo había un pequeño cartón con una solución de cristales de platino-cianuro de bario, observó que al apagar el tubo se obscurecía y al prenderlo se producía nuevamente, retiró más lejos el cartón y comprobó que la fluorescencia se seguía produciendo, repitió el experimento y sucedió lo mismo, los rayos creaban una radiación muy penetrante, pero invisible. Observó que los rayos atravesaban grandes capas de papel e incluso metales menos densos que el plomo.

En las siete semanas siguientes, estudió con gran rigor las características propiedades de estos nuevos y desconocidos rayos, pensó en fotografíar este fenómeno; fue cuando hizo un nuevo descubrimiento: la caja de placas fotográficas que tenían estaban veladas, intuyó la acción de los rayos sobre la emulsión fotográfica y se dedicó a comprobarlo; colocó una caja de madera con unas pesas sobre una placa fotográfica, el resultado fue sorprendente. Hizo varios experimentos: la brújula de bolsillo, el cañón de la escopeta. Para comprobar la distancia y el alcance de los rayos, pasó al cuarto de al lado, cerró la puerta y colocó una placa fotográfica, obtuvo la imagen de la moldura, el gozne de la puerta e incluso los trazos de la brocha. El 22 de diciembre, el cual sería un día memorable, al no poder manejar al mismo tiempo su carrete, la placa fotográfica de cristal y colocar su mano sobre ella, le pide a su esposa que coloque la mano sobre la placa durante quince minutos, al revelar la placa de cristal estaba la mano su esposa, la primera imagen radiográfica del cuerpo humano. Así 
nace una de las ramas más poderosas y excitantes de la Medicina: la Radiología.


Aunque los rayos X son generados por la desaceleración o la detención súbita de los electrones de alta velocidad, su empleo eficaz depende de la 
producción en determinadas condiciones :
-Una fuente de electrones, el filamento catódico o cátodo.
-Un blanco, el ánodo, constituido por material adecuado y conectado de modo que atraiga a los electrones en el momento oportuno.
-Los electrones no deben encontrar ninguna interferencia extraña en su 
trayectoria
Un método para acelerar a los electrones hacia el blanco.
Todas estas condiciones se cumplen en el moderno tubo de rayos X de cátodo caliente: el cátodo de filamento caliente y el ánodo de tungsteno se hallan dentro de un recipiente de vidrio al vacío, herméticamente cerrado. La 
corriente alterna circula hacia el cátodo y desde éste en el circuito del 
filamento, mientras que una corriente continua pulsátil va al cátodo, pasa 
al ánodo y sale de él sin eliminar el vacío. Si el vacío no se mantuviese, 
ocurrirían irregularidades en el flujo de electrones desde el cátodo hacia 
el ánodo. Como el flujo de electrones constituye la corriente de tubo (mili 
amperaje), para que el tubo de rayos X funcione bien es fundamental que el 
flujo de electrones se mantenga lo mas constante posible durante cada 
exposición. Si el tubo de rayos X se torna gaseoso, o sea, pierde su vacío 
completo, se produce fluctuaciones perceptibles del mili amperaje cuando 
está en funcionamiento. El tubo de vidrio al vacío se halla rodeado por un blindaje metálico que contiene plomo y hace las veces de barrera primaria para absorber los rayos X que no están orientados hacia la ventana de salida. El blindaje metálico tiene una ventana de material radio transparente, directamente debajo del ánodo, que permite la salida de los rayos X útiles a través de una abertura limitada. Entre el blindaje metálico y el tubo de vidrio hay un aceite muy refinado que sirve de aislador eléctrico, de conductor de calor y de filtro para los rayos X blandos e inútiles. La presencia del aceite impide que el tubo de rayos X produzca descargas eléctricas. Durante la generación de rayos X se producen enormes cantidades de calor, que se disipan desde las conexiones del ánodo, que están fuera del tubo de vidrio, hacia el blindaje metálico, y desde éste hacia el aire. Entre el tubo de vidrio y la ventana del blindaje metálico, e. Aceite actúa como un filtro intrínseco, que debe tener un valor equivalente a 0.5 mm de aluminio como mínimo. Fuera de la 
ventana y en el mismo blindaje existe una hendidura para filtros 
adicionales, en los viejos blindajes había una hendidura mas para conos de 
diversos tamaños.

El tubo de rayos x consiste en una ampolla de vidrio en la que se ha hecho el vacío, y tiene dos electrodos, que son las dos partes principales, el ánodo y el cátodo. Carcasa protectora: el tubo de rayos X, siempre está montado en una carcasa protectora, formada de plomo, y diseñada para controlar los serios peligros que afectaron a la radiología en sus principios, (exposición excesiva a la radiación, descarga eléctrica). La carcasa protectora proporciona también un soporte mecánico al tubo de rayos X, y lo protege frente al posible daño producido por la manipulación descuidada. Cuando se producen, los rayos X son emitidos con la misma intensidad en todas las direcciones, pero nosotros solo empleamos los emitidos a través de una sección especialdel tubo de rayos X, llamada ventana. Los rayos X emitidos a través de la ventana se conocen como haz útil, los restantes que se escapan a través de la carcasa protectora son, la radiación de fuga. La carcasa protectora, alrededor de algunos tubos de rayos X, contiene aceite que actúa como aislante técnico y refrigerador. Envoltura de cristal: el de rayos X, es un tipo especial de tubo de vacío, los componentes del tubo se encuentran dentro de una envoltura de cristal. Esta envoltura, que debe de ser fabricada de un vidrio que pueda soportar el tremendo calor generado, mantiene el vacío, lo cual hace posible unaproducción mas eficaz de rayos X, y prolonga la vida del tubo. Si estuviera lleno de gas, disminuiría el flujo de electrones que van del cátodo al ánodo, se producirían menos rayos X y se crearía mas calor. La ventana del tubo es de un cristal mas fino que deja filtrar los rayos X. Es un segmento que permite una máxima emisión de rayos X con absorción mínima por la envoltura de cristal.

Cátodo: parte negativa del tubo de rayos X, tiene dos partes principales: el filamento y la copa de enfoque. Filamento: es una espiral de alambre que emite electrones al ser calentado. Cuando la corriente que atraviesa el filamento es lo suficientemente intensa, de aproximadamente 4 a 5 Ampere o superior, los electrones de la copa externa del filamento entran en ebullición y son expulsados del filamento, este fenómeno se conoce como emisión termoiónica. Los filamentos suelen estar formados por Tungsteno Tórico, el Tungsteno proporciona una emisión termoiónica mayor que otros metales. Su punto de fusión es de 3410 °C, de forma que no es probable que se funda con el calor, además no se evaporiza, puesto que si lo hiciera el tubo se llenaría rápidamente de gas. La adición de un uno a un dos por ciento de Torio al filamento de Tungsteno, incrementa la eficacia de la emisión de electrones y prolonga la vida del tubo. Copa de enfoque: es un refuerzo metálico del filamento, condensa el haz de electrones en un área pequeña del cátodo. La efectividad de la copa de enfoque depende de tres factores: 1- La corriente del filamento que regula la cantidad de rayos X de salida. 2- El tamaño del filamento impone el tamaño del foco efectivo que se produce en el ánodo. Los tubos de rayos X suelen llevar dos filamentos de diferente tamaño, que proporcionan dos puntos focales; el punto focal de tamaño pequeño se asocia con el filamento menor y se emplea cuando se necesitan imágenes de alta resolución. El punto focal de tamaño grande se asocia con el filamento mayor y se emplea cuando se necesitan técnicas que produzcan gran cantidad de calor. 

3- La situación de uno u otro suele hacerse con el selector que se encuentra en la consola de control. Ánodo: es el lado positivo del tubo de rayos X, existen dos tipos: estacionarios y rotatorios El ánodo tiene tres funciones en el tubo de rayos X: 1- Es un conductor eléctrico. 2- Proporciona soporte mecánico al blanco.

 3- Debe ser un buen conductor térmico, cuando los electrones chocan con el ánodo, más del 99% de su energía cinética se convierte en calor, que debe ser eliminado rápidamente antes de que pueda fundir el ánodo. El cobre es el material más utilizado en el ánodo.

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Punto focal: es el área del blanco desde la que se emiten los rayos X. Constituye la fuente de radiación. Blanco: es el área del ánodo con la que chocan los electrones procedentes del cátodo. En los tubos de ánodo estacionario, el blanco consiste en una pequeña placa de tungsteno que se encuentra encastrado en un bloque de cobre. En los tubos de ánodo rotatorio, el disco que gira es el blanco, normalmente esta formado por una aleación de Tungsteno mezclada con Torio, que proporciona una resistencia adicional para soportar el esfuerzo de la rotación rápida. El Tungsteno es el material elegido para el blanco.

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