Как работает рентген-аппарат⁠⁠

В условиях современной медицины рентгеновские аппараты уже ни у кого не вызывают удивления и имеются практически в каждой больнице. Более того, рентген постепенно отходит на второй план и во многих аспектах уступает более современным методам, таким как КТ и МРТ. Так или иначе, традиционная рентгенография по-прежнему занимает важнейшее место в диагностике и обследование больного без нее представить попросту невозможно.

Но задумывались ли вы хоть раз, откуда берутся РГ лучи? Попробуем разобраться в устройстве рентген-аппарата вместе.

Ключевым элементом рентген-аппарата является рентгеновская трубка.

Она представляет собой стеклянную колбу и необходима для того, чтобы преобразовывать электрическую энергию в рентгеновские лучи.

Эта колба заполнена вакуумом, и внутри нее располагаются катод с анодом.

Катод является отрицательно заряженным электродом и имеет на конце металлическую спираль, которая нагревается под действием электрического тока.

Чтобы понимать, зачем нам нужно это нагревание спирали, необходимо вспомнить физику.

Вы наверняка знаете, что все вещества состоят из атомов. В центре любого атома расположено ядро. Ядро имеет положительный заряд и является самой тяжелой частью атома. Вокруг ядра, подобно спутникам планеты на орбите, на различных электронных оболочках располагаются отрицательно заряженные электроны.

Электроны пытаются покинуть эти оболочки и стать свободными, но их удерживает сила притяжения и они тянутся к тяжелому, положительно заряженному ядру. И по мере удаления от ядра сила притяжения все меньше и меньше, поэтому электронам на самых дальних орбиталях достаточно придать хотя бы небольшое количество энергии, чтобы они преодолели силу притяжения и улетели.

Собственно говоря, спираль катода и дает нам эту самую энергию. Нагревая металлическую спираль, которая как и любое другое вещество состоит из атомов,  мы запускаем необратимый процесс. Поглощая тепло электроны с дальних орбиталей наконец преодолевают силу притяжения, становятся свободными и покидают спираль, группируясь неподалеку и формируя облако свободных электронов.

Эти свободные электроны собираются в кучу между катодом и анодом и из-за разности потенциалов (т.к. катод имеет заряд "-", а анод "+") начинают устремляться к аноду.

Анод, в свою очередь, также сделан из металла, но он представляет собой не спираль, а пластину, так называемую мишень. В эту мишень на большой скорости и врезаются наши электроны, в результате чего буквально происходит взрыв. Со взрывом кинетическая энергия теряется, большая часть ее рассеивается в виде тепла, а крохотная часть, менее 1%, и превращается в РГ-излучение.

В этом и состоит весь процесс образования рентгеновского излучения. На катод трубки подается напряжение, она начинает нагреваться и буквально испускать свободные электроны, которые летят в мишень анода и при столкновении с ней превращаются в рентгеновские лучи.

После этого лучи собираются в пучок, направляются в тело пациента, отсеиваются и претерпевают еще очень много изменений, пока не превратятся в красивый снимок. Но это уже совсем другая история.

Ссылка на видео на YouTube: