Quan es treballa amb raigs X, la seguretat radiològica és el primer: és la principal preocupació de tothom. Cal evitar l'exposició innecessària i la meva configuració sense protecció no era segura per a un ús a llarg termini. Així que vaig desmuntar el sistema i el vaig guardar després d'aquest lot de fotos.
Un amic em va regalar un tub de raigs X.
Això va ser un regal de veritat: gratuït, amb les despeses d'enviament incloses. Però no m'agrada acceptar coses per res. Com diu la dita, "Qui accepta regals deu un favor", així que el vaig ajudar amb altres projectes. Inicialment no tenia cap pla per a això: els raigs X són d'alta dosi i no m'agraden els tubs d'electrons, que necessiten alt voltatge i comporten riscos per a la seguretat. Però com que el vaig aconseguir, vaig haver de provar d'encendre'l; deixar-lo sense utilitzar seria un malbaratament i una falta d'agraïment.
Aleshores, ei... l'he encès!
Això només era una broma. L'anomenada "il·luminació" en realitat significa generar raigs X; primer expliquem què són els raigs X.
1 Principi
Els raigs X van ser descoberts per W.K. Roentgen el 1895. Mentre estudiava els tubs de raigs catòdics, va descobrir accidentalment que els raigs invisibles que emetien podien fer que les substàncies fessin fluorescent, sensibilitzar la pel·lícula fotogràfica i penetrar diversos objectes. Els va anomenar "raigs X" a causa de la seva naturalesa desconeguda.
La física moderna revela que la llum visible prové de la transició dels electrons de la capa externa dels àtoms, mentre que els raigs X s'originen a partir de la transició dels nuclis atòmics i els electrons de la capa interna. Quan els electrons lliures d'alta velocitat són desaccelerats per la matèria, la majoria xoquen amb els electrons de la capa externa per produir llum i calor; uns quants xoquen amb els electrons de la capa interna per generar radiació característica (a partir de transicions d'electrons interns, que mostren pics discontinus a l'espectre, utilitzables per a la identificació de materials), o xoquen amb els nuclis atòmics per produir radiació de frenada (energia alliberada pels electrons desaccelerats/desviats, que mostra un espectre continu, la principal font de raigs X continus).
2. Estructura
Es requereixen tres condicions per a la generació de raigs X: una font d'electrons, un feix d'electrons d'alta velocitat i un objectiu que desacceleri. En un tub de raigs X: el filament serveix com a font d'electrons (produint electrons termoiònics quan s'energitza); el feix d'electrons d'alta velocitat s'aconsegueix mitjançant una acceleració d'alt voltatge i un alt buit dins del tub; l'objectiu sol ser de tungstè (alta densitat, alt punt de fusió, conductor), amb l'ànode actuant com a objectiu i com a elèctrode accelerador.
Accessoris i dissipació de calor: la capa metàl·lica exterior del filament enfoca el feix d'electrons; l'objectiu de tungstè està recobert amb una gruixuda capa de coure i equipat amb cables gruixuts, ambdues per a la dissipació de calor. Prenent 100 kV i 2 mA com a exemple, menys de l'1% de l'energia es converteix en raigs X, i els 200 W restants es concentren en un punt petit de l'objectiu. Així, el tub s'immergeix en oli aïllant tant per a l'aïllament com per a la dissipació de calor. Els tubs de baixa potència es basen en la refrigeració per oli, mentre que els d'alta potència utilitzen refrigeració líquida o ànodes giratoris (per dispersar l'energia). Aquí s'utilitza un tub de baixa potència; per al bricolatge, la dissipació de calor es pot ignorar durant el funcionament a curt termini i de baix corrent.
3. Notes suplementàries
1.) Energia i brillantor: l'energia dels raigs X es mesura en keV, on 1 kV correspon a 1 keV. Un voltatge més alt significa una energia més forta, una longitud d'ona més curta i una major penetració. L'energia es refereix a l'energia d'un sol fotó (longitud d'ona), mentre que la brillantor es refereix a la quantitat de fotons. Per a la radiografia de tòrax, una energia alta millora la penetració i una brillantor alta (augmentant la potència del filament) escurça el temps d'exposició.
2.) Classificació i generació de raigs X: els dispositius que compleixen les condicions d'alt buit, feix d'electrons d'alta velocitat i objectiu (per exemple, CRT, tubs d'electrons) poden generar raigs X. Els raigs X tous (<25 kV) tenen una penetració feble (no poden travessar el vidre) i s'utilitzen per a l'eliminació estàtica; es poden emetre a través de tubs amb finestres especials de beril·li. Els raigs X durs (>25 kV) s'utilitzen habitualment per a la radiografia.
3.) Danys per radiació: el cos humà tolera un cert nivell de radiació natural; l'excés causa danys. Els raigs X de baixa energia s'absorbeixen fàcilment i són més perillosos que els d'alta energia (>100 keV penetren gairebé completament). La mamografia utilitza tubs amb finestres primes per emetre raigs X de baixa energia, cosa que requereix un ús acurat.
4.) Idea errònia sobre el blindatge: el plom no és absolutament impenetrable; el blindatge depèn del pes i el gruix atòmics, i els raigs d'alta energia poden penetrar el plom prim. L'urani empobrit, malgrat la feble radiació inherent, és un excel·lent blindatge per als raigs gamma d'alta energia a causa del seu alt pes atòmic.
4. Circuit de conducció
L'anterior és teòric. A continuació, es presenta la configuració de l'accionament del tub de raigs X.
Inicialment vaig pensar a comprar un controlador de màquina de raigs X a Xianyu, però això anava en contra de l'esperit del "fes-ho tu mateix" i els circuits eren massa cars, així que vaig optar per construir-ne un jo mateix. Un tub de raigs X típic té 3 pins: dos per al filament i el més gruixut per a l'ànode. Per fer-lo funcionar, primer enceneu el filament i després apliqueu de 10 a 100 s d'alt voltatge a l'ànode (mantenint un corrent de nivell mA); els raigs X s'emetran per la finestra lateral.
