หลอดรังสีเอกซ์

ส่วนประกอบที่สำคัญของ X-ray Tube 

1. ขั้วแอโนด (anode) หรือขั้วบวกในหลอดเอกซเรย์

ขั้วแอโนดนี้จะทำหน้าที่ทำให้อิเล็กตรอนที่วิ่งด้วยความเร็วสูงจากไส้หลอด(ขั้วลบ)ในหลอดเอ็กซเรย์วิ่งช้าลงหรือหยุด  มีลักษณะเป็นแผ่นจานกลมทำจากโลหะทังสเตนอัลลอย ระหว่างการผลิตรังสีเอ็กซ์ขั้วแอโนดจะหมุนอยู่ตลอด  เพื่อกระจายความร้อนและลดโอกาสเกิดความเสียหายเนื่องจากความร้อนที่สูงเกินไป

2. ขั้วแคโทด (cathode) หรือขั้วลบในหลอดเอกซเรย์

ประกอบด้วยไส้หลอดที่มีลักษณะเหมือนขดลวดที่ติดตั้งอยู่ภายในโฟกัสซิ่งคัพ (focusing cup)

3. ไส้หลอด (filament) 

เป็นขดลวดทังสเตนซึ่งเป็นส่วนประกอบหนึ่งของขั้วแคโทด (ขั้วไฟฟ้าที่เป็นลบ) ของหลอดเอ็กซเรย์ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านขดลวดนี้จะทำให้ขดลวดร้อนขึ้นจนถึงจุดที่สามารถปล่อยอิเล็กตรอนออกมา เพื่อใช้ผลิตรังสีเอ็กซ์

4. โฟกัสซิ่งคัพ (focusing cup)

ส่วนประกอบหนึ่งของขั้วแคโทดในหลอดเอ็กซเรย์ มีลักษณะเหมือนถ้วยล้อมรอบไส้หลอด ซึ่งเมื่อทำให้โฟกัสซิ่งคัพมีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบ โฟกัสซิ่งคัพจะทำหน้าที่ผลักอิเล็กตรอนที่เกิดจากไส้หลอดบังคับให้วิ่งไปด้านหน้า เป็นลำอิเล็กตรอนแคบ ๆ

5. เป้า (target) หรือโฟคัลสปอต (focal spot)

หมายถึงพื้นที่เล็ก ๆ บนขั้วแอโนดของหลอดเอ็กซเรย์  ที่อิเล็กตรอนความเร็วสูงที่วิ่งมาจาก ไส้หลอดพุ่งเข้าชนเป็นผลให้อิเล็กตรอนวิ่งช้าลงหรือหยุด แล้วเกิดเป็นรังสีเอ็กซ์ (<1%) และความร้อน(>99%)

6. หลอดแก้ว (glass envelope)

หมายถึงแก้วที่ห่อหุ้มหลอดเอ็กซเรย์ ภายในหลอดแก้วเป็นสุญญากาศ (อากาศหรือก๊าซทั้งหมดถูกขจัดออก)  เพื่อป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนจากไส้หลอดเกิดการกระทำต่อกันกับโมเลกุลอื่น (ทำให้เกิดอิเล็กตรอนทุติยภูมิได้) และเพื่อป้องกันการเกิดออกซิไดซ์ของไส้หลอดจากการรวมตัวกับออกซิเจน

7. ระบบระบายความร้อน (cooling water)

หมายถึง ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ เพื่อระบายความร้อนอันเกิดขึ้นจากการเกิดที่เป้า

8. beryllium window

คือ บริเวณหน้าต่างที่ให้แหล่งรังสีเอ็กซเรย์ที่ผลิตขึ้นได้ออกมาใช้งานต่อไป

9. ไดโอดสารกึ่งตัวนำ (semiconductor diode)

ไดโอดเกิดจากการนำเอาสารกึ่งตัวนำพีไทพ์และเอ็นไทพ์มาเชื่อมต่อกัน ทำให้เกิดรอยต่อ PN ขึ้น ไดโอดเป็นอุปกรณ์ที่มี 2 ขั้ว คือ ขั้วแอโนด (A) และขั้วแคโทด (K) และยอมให้กระแสไหลผ่านได้เมื่อได้รับไบแอสตรง (forward bias)

แม้ว่าไดโอดในอุดมคติจะมีลักษณะคล้ายดังสวิตช์ทางไฟฟ้า คือเมื่อเราให้ไบแอสตรง (forward bias) จะเหมือนกับสวิตช์ปิดวงจร (ON) แต่ถ้าให้ไบแอสกลับ (reverse bias) จะเหมือนกับสวิตช์เปิดวงจร (OFF) ซึ่งไดโอดเมื่อได้ไบแอสตรงจะมีกระแสไหลผ่านไดโอดได้สูง และมีแรงดันตกคร่อมไดโอดอยู่เล็กน้อยประมาณ 0.3 หรือ 0.7 โวลต์  (แล้วแต่ชนิดของไดโอด) ส่วนขณะที่ไบแอสกลับจะมีกระแสไหลผ่านน้อยมากเพียงไม่กี่ไมโครแอมป์ แสดงดังรูป

จากรูปแสดงลักษณะสมบัติของไดโอด สามารถหาได้จากการจ่ายไบแอสตรงและไบแอสกลับให้กับไดโอด เมื่อไดโอดให้รับไบแอสตรงจะเกิดกระแสไหลผ่านไดโอดได้ในทิศทางจากสารชนิดพีไปยังสารชนิดเอ็น (กระแสนิยม) กระแสดังกล่าวเรียกว่า กระแสไบแอสตรง

เมื่อจ่ายแรงดันไบแอสตรงกับไดโอดในช่วงเริ่มแรกไดโอดจะยังไม่นำกระแสเพราะแรงดันไบแอสตรงยังไม่สามารถทำลายโพเทนเชี่ยล (Potential : ศักย์ไฟฟ้าตรงรอยต่อ PN) เราต้องให้แรงดันไฟฟ้าไบแอสตรงกับไดโอดจนถึงค่าแรงดันคัทอิน (Cutin Voltage) จึงจะทำให้โพเทนเชี่ยลลดลง อันจะทำให้ไดโอดนำกระแสได้ เช่น เยอรมันเนียม ไดโอดจะต้องให้แรงดันคัทอินประมาณ 0.3 โวลต์ และซิลิคอนไดโอดต้องให้แรงดันคัทอินประมาณ 0.7 โวลต์ ดังนั้นถ้าจ่ายแรงดันไบแอสตรงให้กับไดโอดมากกว่าแรงดันคัทอินขึ้นไปแล้ว ไดโอดจะสามารถนำกระแสได้ โดยมีกระแส If ไหลผ่านไดโอด

ในทำนองเดียวกันเมื่อจ่ายแรงดันไบแอสกลับให้ไดโอด จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร มีเพียงกระแสรั่วไหลเพียงเล็กน้อยไหลผ่านไดโอด ซึ่งกระแสดังกล่าวมีจำนวนน้อยมากเป็นไมโครแอมป์ เปรียบได้ว่าขณะไดโอดได้รับไบแอสกลับ จะไม่มีกระแสไหลผ่านไดโอด หรือไม่นำกระแสนั่นเอง แต่ถ้าเพิ่มแรงดันไบอัสกลับ ให้สูงมากขึ้นจนถึงค่าแรงดันหนึ่งเรียกว่า แรงดันพังทลาย (Breakdown Voltage) ซึ่งไดโอดจะนำกระแสได้ ในสภาวะนี้รอยต่อพีเอ็นของไดโอดจะทะลุ และมีกระแสไหลผ่านรอยต่อพีเอ็นจำนวนมาก อย่างไรก็ตามในการใช้งานทั่วไปจะไม่ยอมให้แรงดันไบแอสกลับแก่ไดโอดเกินกว่าค่าแรงดันพังทลายของไดโอด

กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่นของ X-ray (ความยาวคลื่นในช่วง 0.01 ถึง 10 นาโนเมตร) กับ Voltage ของหลอด X-ray

ซึ่งมีความสัมพันธ์กันดังสมการ \lambda_{SWL} = \frac{12400}{V} สามารถสร้างกราฟออกมาได้ดังรูป


แหล่งที่มาของข้อมูล

http://www.medtech.mahidol.ac.th/mtthai/elearning/MTRD310/web/x-ray%20production/1_2tube%20component.htm

http://www.tice.ac.th/Online/Online2-2547/prasert/electronic/unit2_1.html

http://www.chontech.ac.th/~abhichat/WBTPI_Model/Diode/diode3.html

————————–

เรียบเรียงโดย ทิพธัญญา และ อดิศักดิ์ (ม.เกษตรศาสตร์)

About these ads

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s