A röntgensugárzás előállítása

A gyakorlatban a diagnosztikai célú (azaz kis energiájú) röntgensugarak előállításához röntgencsövet (más néven Coolidge-csövet), a nagy energiájú röntgensugarak előállításához pedig lineáris gyorsítót, ciklotront vagy betatront használnak.

A röntgencsövek egy légmentesen lezárt, evakuált üvegburában lévő katódból (izzókatód) és anódból (céltárgyból, targetből) állnak. A katód egy vagy több volfrámhuzalból áll, amelyet a rá kapcsolt elektromos áram fűtőhatása következtében elektronok hagynak el. Az anód valamilyen nagy rendszámú fémből, általában volfrámból vagy volfrám–rénium ötvözetből készül, de speciális alkalmazásoknál molibdént is alkalmaznak. A krisztallográfiában és más anyagvizsgálati módszereknél a rézből és kobaltból készült céltárgyak elterjedtek. A modern felépítésű röntgencsövek forgó anódot tartalmaznak. Ennek az az oka, hogy a röntgenemisszió hatásfoka igen kicsiny (néhány százalék), a maradék elektronenergia pedig hővé alakulva az anódot melegíti. A forgatásnak köszönhetően az így keletkező hő eloszlatható, és megakadályozható az anódfém megolvadása.

A lineáris gyorsítók egymás után elhelyezett gyorsítócsövekből (ún. driftcsövekből) állnak, amelyekre váltakozó feszültséget kapcsolnak. A váltakozó feszültség polaritásváltását, illetve a csövek hosszát és elhelyezkedését úgy szinkronizálják a töltött részecske elvárt sebességnövekedésével, hogy a részecske mindig a saját polaritásával ellentétes polaritású (így előrefelé vonzó) lemezhez közeledjen, illetve a saját polaritásával ellentétes (így a részecske mögül taszító) lemeztől távolodjon, ez gondoskodik a folyamatos gyorsításról.

A körkörösen elrendezett gyorsítókat ciklotronoknak nevezzük. Ezeknél a részecske pályáját egy-egy szembefordított D alakú üregben külső mágneses térrel (a Lorentz-erőnek köszönhetően) félkörívessé teszik, a két „D” közé kapcsolt gyorsítófeszültség pedig gyorsítja a részecskéket, így azok minden egyes fél körülfordulás után nagyobb sugarú pályára kerülnek. Ez az R sugár abból az alapfeltevésből számolható ki, hogy a körmozgást biztosító centripetális erőt a B indukciójú mágneses tér által a q töltésű részecskére ható Lorentz-erő biztosítja:

\[R=\frac{mv}{qB},\]

ahol v a részecske mindenkori sebessége. A röntgensugárzást vagy a gyorsuló töltés által kibocsátott szinkrotronsugárzásként, vagy pedig a felgyorsított elektront kicsatolva és a röntgencsőhöz hasonlóan egy céltárgyba ütköztetve keltik.

A betatron egy tórusz alakú vákuumcsőből és tekercsekből felépített, transzformátorszerű elektrongyorsító, amelynek a szekunder körében a vákuumcsőbe injektált elektronok elektronok egyre nagyobb sebességgel végzik körmozgásukat a primer körben folyó váltóáram hatására.