Анод (рентгеновская трубка)

Анод (или антикатод) — это компонент рентгеновской трубки, в котором генерируется рентгеновское излучение. Он представляет собой металлический скошенный диск диаметром от 55 до 100 мм и толщиной 7 мм, подключенный к положительному полюсу электрической цепи. Анод преобразует энергию падающих электронов в рентгеновские лучи, рассеивая тепло в качестве побочного продукта.

Строение

Большинство анодов рентгеновских трубок изготовлены из вольфрама (материал мишени). Вольфрам имеет высокий атомный номер (Z=74) и высокую температуру плавления 3370°C с соответственно низкой скоростью испарения. Высокий атомный номер вольфрама обеспечивает более эффективное образование тормозного излучения по сравнению с материалами мишени с меньшим атомным номером. Также используется сплав, содержащий вольфрам и рений, поскольку добавление 5-10% рения предотвращает растрескивание поверхности анода. Тело анода изготавливается из легких материалов с высокой теплоемкостью, таких как молибден и графит.

Молибден также часто используется в качестве материала мишени для анодов, применяемых в маммографии, поскольку он имеет средний атомный номер (Z=42), а образующееся характеристическое рентгеновское излучение обладает энергией, подходящей для этих целей. Некоторые аноды, используемые в маммографии, также изготавливаются из родия (Z=45), характеристическое рентгеновское излучение которого имеет несколько более высокую энергию, обладает большей проникающей способностью и предпочтительно при исследовании плотной ткани молочной железы.

Вращающийся или неподвижный анод

Аноды изготавливаются в виде скошенных дисков, прикрепленных к массивному медному ротору электродвигателя, вращающему их со скоростью до 10 000 об/мин при температуре 2000 °C. Цель вращения — рассеивание тепла. Большинство вращающихся анодов представляют собой довольно сложные электромеханические системы, состоящие примерно из 350 деталей, для сборки которых требуется около 150 операций.

Для рентгенологических исследований, требующих редких экспозиций или низкого анодного тока, например, в стоматологических установках, портативных рентгеновских аппаратах и портативных системах рентгеноскопии, требуется только стационарный анод.

Фокусное пятно

Анодный диск вращается и подвергается воздействию сфокусированного пучка электронов, исходящего из катода и ускоряемого высокой разностью потенциалов между катодом и анодом. При попадании электронного пучка на анод (в область действительного фокусного пятна) взаимодействие электронов с материалом мишени приводит к возникновению рентгеновского излучения. Угол наклона анода — это угол между вертикалью и поверхностью мишени; у большинства рентгеновских трубок угол анода составляет 12–15°. Меньший угол приводит к меньшему эффективному фокусному пятну.

В генерации рентгеновского излучения участвует не весь анод. Рентгеновские лучи образуются на относительно небольшой прямоугольной поверхности — действительном фокусном пятне.

Катод рентгеновской трубки может иметь две нити накала, при этом нить меньшего размера формирует меньшее фокусное пятно и, следовательно, изображения с более высокой детализацией. Однако такое изображение легко размывается артефактами движения. В то же время нить большего размера генерирует высокоинтенсивное рентгеновское излучение с короткой экспозицией, поэтому менее подвержена влиянию артефактов движения.