Samenvatting radiologie periode 1

Samenvatting RD
1.1 Inleiding
Röntgenstraling werd bij toeval ontdekt door de Duitse fysicus Wilhelm Conrad Röntgen in
1895. Hij deed onderzoek naar de kathodestralen. Röntgen kwam er later achter door verder
onderzoek dat door de botsing van de kathodestralen met het glas aan het eind van de
gasontladingsbuis een onbekende straling ontstond. Deze straling had als eigenschap dat zij
door materie heen kon dringen.

1.2 Aard van de röntgenstraling
De toepassing van de röntgenstraling ging veel sneller dan de ontrafeling van de aard van de
straling. Velen probeerden erachter te komen en te bewijzen wat röntgenstraling nou
precies was.

1.2.1 Golfkarakter
Young en Fresnel hebben bewezen dat licht een golfkarakter heeft. Iemand uit Engeland had
een formule afgeleid waaruit kon worden aangetoond dat röntgenstraling in het
elektromagnetisch spectrum thuishoort met golflengtes in de orde van grootte van enkele
nanometers tot een picometer. De conclusie was dus dat röntgenstraling een golfkarakter
heeft.

1.2.2 Deeltjeskarakter
Een aantal andere verschijnselen, zoals de wisselwerking tussen röntgenstraling en materie,
is niet met het golfmodel te beschrijven maar met het deeltjesmodel. De conclusie was dus
dat röntgenstraling ook een deeltjeskarakter heeft. Voor sommige verschijnselen moet een
golfmodel worden gebruikt en voor andere het deeltjesmodel. Daarom wordt er gesproken
over de golf/deeltjesdualiteit.

2.2 Bouw röntgenbuis
In de röntgenbuis wordt elektrische energie omgezet in stralingsenergie. Er wordt maar 1%
of minder omgezet in röntgenstraling. 99% of meer wordt omgezet in warmte. Van de
opgewekte röntgenstraling wordt maar 10% nuttig gebruikt.
De röntgenbuis is een diode met daarin een elektronenbron (kathode) en het target (anode).
De negatief geladen elektronen die in de kathode worden vrijgemaakt, worden door de
positieve anode aangetrokken. Hierdoor ontstaat een elektronenstroom van kathode naar
anode, de buisstroom.

2.2.1 Kathode
De kathode wordt gevormd door een spiraalvormige gloeidraad. Het materiaal is van
wolfraam, vanwege de zeer hoge smelttemperatuur. In een dubbelfocusbuis is sprake van
een dubbele gloeidraad, een voor de grote en een voor de kleine focus. Door het aanleggen
van een gloeispanning zal een elektrische stroom door de gloeidraad worden gestuurd, die
de draad verhit. De elektronen die zich in deze spiraal bevinden zullen zo snel gaan bewegen
dat zij vrijkomen uit hun eigen atoom en de gloeidraad verlaten. Dit principe heet
thermische emissie. Doordat de elektronen vrijkomen komt er een tekort aan elektronen en
daardoor trekt de gloeidraad weer elektronen aan om dit tekort bij te vullen. Zolang de
gloeidraad verwarmd wordt zullen elektronen steeds de draad verlaten en weer terugkeren.

, Hierdoor ontstaat er dus een constant aantal elektronen in de wolk, dit wordt ook wel
ruimtelading genoemd.
Als er een spanning wordt aangelegd tussen de kathode en de anode ontstaat er
buisspanning. De buis en vooral de focusseringscup zijn zo gemaakt dat de elektronen zich
langs veldlijnen gaan bewegen naar een zo klein mogelijk oppervlak op de anode. Dit
oppervlak is de focus. In de focus komt röntgenstraling vrij.
Bij buizen met een hele kleine focus wordt, t.o.v. de gloeidraad, een kleine negatieve
spanning op de focusseringscup geplaatst, waardoor de elektronenbundel verder wordt
versmald. De vorm en grootte van de focus worden dus zowel door de lengte van de
gloeidraad (grote en kleine focus) als door de vorm en spanning van de focusseringscup
bepaald.

2.2.2 Anode
Op de anode komen zeer snelle elektronen. Deze kinetische energie moet worden omgezet
in stralingsenergie. Het doel is om een zo groot mogelijke hoeveelheid remstraling op te
wekken. Daarom moet er worden gekozen voor een materiaal met een zo hoog mogelijk
atoomnummer. Doordat een hoger atoomnummer de kern sterker positief maakt, verloopt
het remproces van negatief geladen elektronen efficiënter. Er wordt gekozen voor wolfraam:
hoge smelttemperatuur en een hoog atoomnummer. De anode wordt alsnog uitgevoerd in
een draaiende schijf, zodat de warmte verdeeld wordt en het materiaal niet smelt.
De diepere laag van een anodeschotel bestaat uit een materiaal met een hoge
warmtecapaciteit.

2.2.3 Rotor
Er zijn buizen met een vaste (lage belastbaarheid) of een roterende anode. De roterende
anode wordt aangedreven door een rotor. De roterende anode is bevestigd in een lager.
- Kogellager: er wordt gebruikgemaakt van kogels die anode en rotor dragen.
- Vloeistoflager: er bevindt zich een vloeibare metaallegering in een zeer nauwe spleet
tussen een vast en een draaibaar deel van het lager.
Omdat er bij een vloeistoflager sprake is van een groter (metallisch) geleidend oppervlak,
kan de warmte van de anode sneller worden afgevoerd naar de omhullende behuizing van
de buis, waardoor een grotere belastbaarheid van de buis mogelijk is dan bij een kogellager.

2.2.4 Vacuümomhulling
De vacuüm- of inzetbuis bestaat uit een glazen of metalen omhulling waarbinnen de kathode
en anode zijn aangebracht. Hierbinnen is hoogvacuüm aangebracht. Dit is noodzakelijk om:
- De elektronenstroom ongehinderd in de buis te laten lopen
- Te voorkomen dat de gloeispiraal binnen enkele uren geheel opbrandt wanneer deze
in contact zou komen met zuurstof
Als de buis wordt gemaakt wordt hij leeggepompt en er wordt gettermateriaal in de buis
aangebracht. Eigenschap: losse gasmoleculen absorberen (binding van een gas aan een vaste
stof). Eventueel achtergebleven gasmoleculen of later vrijkomende moleculen worden door
de getter vastgehouden.

2.2.5 Buisomhulling
De inzetbuis wordt geplaatst in een buisomhulling. Functies buisomhulling zijn:
- Mechanische bescherming van de kwetsbare inzetbuis voor invloeden van buitenaf