Het opwekken van röntgenstraling
In dit onderdeel bespreken we hoe röntgenstraling in de diagnostiek nou eigenlijk tot stand komt.
De röntgenbuis
Röntgenstraling wordt opgewekt in een röntgenbuis. Een röntgenbuis bestaat uit de volgende onderdelen:
- Een gloeidraad (kathode)
- Een trefplaat (anode)
- Een glazen omhulling
Daarnaast is er een generator nodig om de spanning en stroom te leveren, en zijn er aanvullende onderdelen zoals een focusseercup, filter en diafragma.
Door de gloeidraad loopt een stroom, de gloeistroom, daardoor wordt de gloeidraad warm. Elektronen in de gloeidraad komen een beetje los van de gloeidraad. Hoe hoger de gloeistroom hoe meer ‘vrije’ elektronen. Wanneer er een hoogspanning van bijvoorbeeld 60.000 Volt (60kV) over gloeidraad (kathode) en trefplaat (anode) wordt geschakeld, zullen de elektronen van de gloeidraad weg worden getrokken door de sterk positief geladen anode. Het aantal elektronen wat door de anode wordt aangetrokken, is een maat voor de buisstroom. De glazen omhulling zorgt voor een vacuüm in de röntgenbuis. De elektronen zullen met een zeer hoge snelheid op de positieve anode botsen. In de anode, welke is gemaakt van een zwaar metaal, worden de elektronen plotseling afgeremd. Daarbij ontstaat heel veel warmte en voor een klein deel röntgenstraling.
Het mAs-getal is het product van de buisstroom en de tijd. Hoe hoger de buisstroom of hoe langer de tijd, hoe hoger het mAs-getal, hoe meer elektronen er op de anode zijn gebotst. Als een korte belichtingstijd is gewenst (om bewegingsonscherpte te voorkomen) is een hoge buisstroom nodig.
Door een focusseerring of –cup wordt de bundel elektronen smal gehouden, zodat de plaatst waar de anode getroffen wordt klein is. Dit is het focus. Hoe groter het focus hoe meer geometrische onscherpte in beeld.
In figuur 1 is een schematische weergave gegeven van een statische anode. Deze wordt in de toestellen in de tandheelkunde gebruikt. Verder zie je voornamelijk schotelanodes, zoals te zien is in figuur 2. De anode draait tijdens een opname rond, optisch lijkt het focus op de dezelfde positie te blijven, maar de warmte wordt verdeeld over een veel groter oppervlak. Zo is het mogelijk geworden zeer veel straling in korte tijd te produceren zonder dat het anodemateriaal smelt. Dit heeft bijvoorbeeld korte scantijden bij CT mogelijk gemaakt.
Lekstraling
Röntgenstraling ontstaat in alle richtingen, maar is maar in een richting gewenst (het belichtingsveld). Daarom is er een loden omhulling om de buis aangebracht die straling in ongewenste richtingen tegenhoudt. Straling wordt nooit voor 100% tegengehouden, straling die toch door die loden omhulling komt wordt lekstraling genoemd.
Het röntgenspectrum
Röntgenstraling ontstaat voor het grootste gedeelte door remstralingsproductie. Het elektron is negatief geladen en in de buurt van een positieve kern van het anodemateriaal wordt het elektron sterk afgeremd, zie figuur 4. Het elektron kan bij het afremmen veel of weinig van zijn bewegingsenergie omzetten in remstraling, zo ontstaat er een spectrum van energieën in de röntgenbundel. Van hele lage energieën tot de maximale fotonenergie. De maximale fotonenergie is in keV gelijk aan de ingestelde buisspanning in kV. De laagste energieën zijn zo zwak dat ze worden weggevangen door de glazen omhulling en het filter. Het spectrum ziet er zo uit als in figuur 5. Bovenop het remstralingsspectrum zie je ook karakteristieke pieken. Die zijn karakteristiek voor het anodemateriaal en worden bepaald door de verschillende bindingsenergieën van de elektronen in de schil van het anodemateriaal. Dit proces is gevisualiseerd in figuur 5 van de vorige les.
Bronnen:
Fysica voor beeldvorming en radiotherapie; J. Scheurleer, 2017
Inleiding tot de Stralingshygiëne; A.J.J. Bos e.a.; 2009
