Co się dzieje, gdy lampa rentgenowska ma ograniczony ładunek kosmiczny?

Ograniczenie ładunku przestrzennego w lampie rentgenowskiej występuje, gdy liczba elektronów emitowanych z katody przekracza liczbę, którą można przyspieszyć w rurze i dotrzeć do anody bez powodowania znacznego spadku napięcia. W takich przypadkach w lampie może utworzyć się wirtualna katoda.

Kiedy występuje ograniczenie ładunku przestrzennego, można zaobserwować kilka efektów:

1. Zwiększona produkcja promieniowania rentgenowskiego:Początkowo, wraz ze wzrostem prądu w lampie o ograniczonym ładunku przestrzennym, moc promieniowania rentgenowskiego również wzrasta z powodu większej liczby elektronów zderzających się z anodą.

2. Spadek napięcia:Jednak w miarę gromadzenia się większej liczby elektronów w rurze odpychają się one, tworząc barierę potencjału zwaną ładunkiem kosmicznym. Opór ten prowadzi do spadku napięcia na rurze, zmniejszając gradient potencjału między katodą i anodą.

3. Efekt nasycenia:W pewnym momencie spadek napięcia staje się tak znaczący, że dalsze zwiększanie prądu ma niewielki lub żaden wpływ na moc promieniowania rentgenowskiego. Ten efekt nasycenia występuje, gdy rura osiąga swój limit ładunku przestrzennego.

4. Tworzenie wirtualnej katody:Wraz ze wzrostem spadku potencjału w lampie może rozwinąć się wirtualna katoda. Ta wirtualna katoda zachowuje się jak katoda wtórna, hamując przepływ elektronów w kierunku anody. Położenie wirtualnej katody będzie zależeć od charakterystyki lampy i rozkładu energii elektronów.

5. Wytwarzanie ciepła:Zmniejszona wydajność wytwarzania promieniowania rentgenowskiego i zwiększony spadek potencjału w lampie rentgenowskiej mogą skutkować wyższym wytwarzaniem ciepła w lampie rentgenowskiej. Może to spowodować uszkodzenie lampy rentgenowskiej i jej elementów, jeśli nie zostaną zastosowane odpowiednie środki chłodzące.

6. Jakość obrazu:Efekty ładunków kosmicznych mogą potencjalnie wpływać na jakość zdjęć rentgenowskich. Na przykład nadmierny ładunek kosmiczny może powodować nierówny rozkład natężenia promieniowania rentgenowskiego, wpływając na wizualizację diagnostyczną.

Należy zauważyć, że ograniczenie ładunku przestrzennego jest generalnie niepożądane w przypadku lampy rentgenowskiej i często można go uniknąć, obsługując lampę w określonym zakresie prądu i napięcia. Nowoczesne lampy rentgenowskie zostały zaprojektowane tak, aby zminimalizować ładunek kosmiczny i zoptymalizować wydajność produkcji promieni rentgenowskich. W przypadkach, gdy wymagane są zwiększone prądy, stosuje się specjalne konstrukcje, takie jak lampy rentgenowskie z obrotową anodą, aby ominąć ograniczenia dotyczące ładunku przestrzennego.