Λύσεις — Κεφάλαιο 5 · Ακτινολογική λυχνία (σελ. 72) – ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΚΤΙΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Β-Γ ΕΠΑΛ
Λύσεις — Κεφάλαιο 5 · Ακτινολογική λυχνία (σελ. 72)
Απαντήσεις στις 24 ερωτήσεις του βιβλίου (κάθοδος/άνοδος, θερμοηλεκτρόνια, εστίες, θερμικά προβλήματα, κέλυφος).
Παράγοντες παραγωγής
Ερώτηση: 1. Ποιοι είναι ονομαστικά οι παράγοντες που είναι απαραίτητοι για την παραγωγή των ακτίνων Χ;
Απάντηση:
- (1) Πηγή ελεύθερων ηλεκτρονίων — η κάθοδος· (2) δύναμη κίνησης των ηλεκτρονίων — η υψηλή τάση στα άκρα της λυχνίας· (3) υψηλό κενό μέσα στη λυχνία· (4) διάταξη κατεύθυνσης των ηλεκτρονίων — το κύπελλο εστίασης· (5) επιφάνεια πρόσκρουσης & ανακοπής — η άνοδος.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Κάθοδος, υψηλή τάση, υψηλό κενό, κύπελλο εστίασης, άνοδος.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: & οι 5 παράγοντες.
Λυχνία Coolidge
Ερώτηση: 2. Περιγράψτε την ακτινολογική λυχνία Coolidge περιστρεφόμενης ανόδου.
Απάντηση:
- Γυάλινος αερόκενος σωλήνας (υψηλό κενό) με δύο ηλεκτρόδια: την κάθοδο (νήμα βολφραμίου σε κύπελλο εστίασης — θερμοϊονική εκπομπή) & την περιστρεφόμενη άνοδο (δίσκο βολφραμίου σε ρότορα ηλεκτροκινητήρα).
- Έχει παράθυρο εξόδου για τις ακτίνες Χ & τοποθετείται μέσα σε κέλυφος (μόλυβδος) με βιομηχανικό λάδι για μόνωση & ψύξη.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Γυάλινος αερόκενος σωλήνας· κάθοδος (νήμα βολφραμίου) & περιστρεφόμενη άνοδος βολφραμίου· παράθυρο εξόδου· κέλυφος με λάδι.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: σωλήνας/κενό + κάθοδος + περιστρεφόμενη άνοδος.
Υλικό ανόδου ΚΑΙ καθόδου
Ερώτηση: 3. Από τι υλικό αποτελείται η άνοδος & από τι η κάθοδος;
Απάντηση:
- Άνοδος: δίσκος με στόχο από βολφράμιο (Ζ=74) — επιφανειακό στρώμα βολφραμίου σε μολυβδαίνιο (& γραφίτη).
- Κάθοδος: νήμα βολφραμίου τοποθετημένο σε κύπελλο εστίασης.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Και τα δύο κυρίως από βολφράμιο (άνοδος: στόχος σε μολυβδαίνιο/γραφίτη· κάθοδος: νήμα).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: βολφράμιο & στα δύο.
Θερμοηλεκτρόνια
Ερώτηση: 4. Πώς παράγονται τα θερμοηλεκτρόνια;
Απάντηση:
- Με θέρμανση του νήματος της καθόδου (βολφράμιο) σε ~2.200 °C μέχρι πυράκτωσης· τότε γίνεται θερμοϊονική (θερμική) εκπομπή & ελευθερώνονται ηλεκτρόνια. Όσο αυξάνεται η θέρμανση, τόσο περισσότερα ηλεκτρόνια εκπέμπονται.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Με θέρμανση/πυράκτωση του νήματος της καθόδου (~2.200 °C) — θερμοϊονική εκπομπή.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: θέρμανση νήματος + θερμοϊονική εκπομπή.
Ηλεκτρονικό νέφος
Ερώτηση: 5. Τι είναι το ηλεκτρονικό νέφος καθόδου;
Απάντηση:
- Είναι το νέφος ηλεκτρονίων που σχηματίζεται & περιβάλλει το σπείραμα (νήμα) της καθόδου μετά τη θέρμανση/πυράκτωσή του, από τη θερμοϊονική εκπομπή.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Το νέφος ελεύθερων ηλεκτρονίων γύρω από το θερμαινόμενο νήμα της καθόδου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: νέφος ηλεκτρονίων γύρω από το νήμα.
Διπλοεστιακή λυχνία
Ερώτηση: 6. Τι εννοούμε με τον όρο διπλοεστιακή λυχνία Χ;
Απάντηση:
- Είναι η λυχνία που διαθέτει δύο ξεχωριστά νήματα διαφορετικού μήκους (ένα μικρό & ένα μεγάλο), τοποθετημένα δίπλα-δίπλα, ώστε να μπορεί να επιλέγεται μικρή ή μεγάλη εστία ανάλογα με την εξέταση.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Λυχνία με δύο νήματα (μικρό & μεγάλο) → δύο επιλογές εστίας.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: δύο νήματα/εστίες.
Μικρές διαστάσεις θερμονήματος
Ερώτηση: 7. Γιατί είναι σημαντικό το θερμονήμα της καθόδου να έχει όσο το δυνατόν μικρότερες διαστάσεις;
Απάντηση:
- Επειδή οι διαστάσεις του θερμονήματος καθορίζουν το μέγεθος του εστιακού σημείου της ανόδου. Όσο μικρότερο το εστιακό σημείο, τόσο μικρότερη η φαινόμενη εστία & τόσο καλύτερη η λεπτομέρεια / διακριτική ικανότητα της εικόνας.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Γιατί καθορίζει το εστιακό σημείο· μικρότερο εστιακό σημείο → καλύτερη διακριτική ικανότητα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: σύνδεση νήματος → εστιακό σημείο → λεπτομέρεια.
Μικρό ΚΑΙ μεγάλο σπείραμα
Ερώτηση: 8. Σε ποιες ακτινολογικές εξετάσεις χρησιμοποιείται το μικρό & σε ποιες το μεγάλο σπείραμα καθόδου;
Απάντηση:
- Μικρό σπείραμα: σε ακτινογραφίες που απαιτούν μικρές ποσότητες φωτονίων — δίνει υψηλή διακριτική ικανότητα (λεπτομέρεια).
- Μεγάλο σπείραμα: σε ακτινογραφίες που απαιτούν μεγάλες ποσότητες φωτονίων — σε βάρος όμως της διακριτικής ικανότητας (υποβαθμίζεται η λεπτομέρεια).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Μικρό → μικρές ποσότητες φωτονίων/υψηλή διακριτική ικανότητα· μεγάλο → μεγάλες ποσότητες φωτονίων.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: η αντιστοίχιση μικρό/μεγάλο ↔ ποσότητα φωτονίων.
Διακριτική ικανότητα (επιλογή)
Ερώτηση: 9. Για απεικόνιση υψηλής διακριτικής ικανότητας επιλέγεται: α) μικρό εστιακό σημείο, β) μεγάλο εστιακό σημείο, γ) κανένα από τα δύο.
Λύση:
- Για υψηλή διακριτική ικανότητα επιλέγεται μικρό εστιακό σημείο (το α), γιατί δίνει μικρότερη φαινόμενη εστία & καλύτερη λεπτομέρεια.
Απάντηση: Σωστό: α (μικρό εστιακό σημείο).
Πρόσεξε:
- Το μεγάλο εστιακό σημείο υποβαθμίζει τη διακριτική ικανότητα.
Κύπελλο εστίασης
Ερώτηση: 10. Ποια είναι η σημασία του κυπέλλου εστίασης;
Απάντηση:
- Το κύπελλο εστίασης περιορίζει τη διάχυση των ηλεκτρονίων, εστιάζει & κατευθύνει την ηλεκτρονική δέσμη προς την άνοδο (στόχο) σε επιθυμητό μέγεθος & σχήμα, & έτσι καθορίζει το εστιακό σημείο πρόσκρουσης.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Εστιάζει & κατευθύνει τη δέσμη ηλεκτρονίων στην άνοδο, περιορίζοντας τη διάχυση & καθορίζοντας το εστιακό σημείο.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: εστίαση/κατεύθυνση δέσμης.
Υψηλό κενό
Ερώτηση: 11. Ποια η αξία του υψηλού κενού του γυάλινου σωλήνα παραγωγής ακτίνων Χ;
Απάντηση:
- Εξασφαλίζει την απρόσκοπτη κίνηση των ηλεκτρονίων προς την άνοδο, χωρίς συγκρούσεις με άτομα του αέρα — έτσι δεν χάνουν κινητική ενέργεια & δεν μειώνεται η ενέργεια των φωτονίων.
- Επιπλέον αποφεύγεται ο ιονισμός & αυξάνεται ο χρόνος ζωής της λυχνίας.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Απρόσκοπτη κίνηση ηλεκτρονίων χωρίς συγκρούσεις/απώλειες, αποφυγή ιονισμού & μεγαλύτερος χρόνος ζωής.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: ελεύθερη κίνηση χωρίς συγκρούσεις με τον αέρα.
Κινητική ενέργεια θερμοηλεκτρονίων
Ερώτηση: 12. Με ποιον τρόπο προσδίδεται κινητική ενέργεια στα θερμοηλεκτρόνια;
Απάντηση:
- Με την υψηλή τάση που εφαρμόζεται στα άκρα της λυχνίας (40–150 kV): η άνοδος φορτίζεται θετικά & έλκει τα αρνητικά ηλεκτρόνια, τα οποία επιταχύνονται & κινούνται με μεγάλη ταχύτητα προς αυτήν (η ταχύτητα εξαρτάται από την επιλεγόμενη τάση).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Με την υψηλή τάση στα άκρα της λυχνίας (η θετική άνοδος επιταχύνει τα ηλεκτρόνια).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: υψηλή τάση/επιτάχυνση προς την άνοδο.
Παράθυρο εξόδου
Ερώτηση: 13. Τι είναι το παράθυρο εξόδου της λυχνίας;
Απάντηση:
- Είναι μια μικρή περιοχή (~5 cm) στο γυάλινο περίβλημα, μικρότερου πάχους από το υπόλοιπο, από την οποία εξέρχονται οι ακτίνες Χ (η ωφέλιμη δέσμη).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Περιοχή μικρότερου πάχους του γυάλινου περιβλήματος απ' όπου βγαίνουν οι ακτίνες Χ.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: περιοχή μικρού πάχους/έξοδος ακτίνων.
Γωνία κλίσης ανόδου
Ερώτηση: 14. Ποια η σημασία της γωνίας κλίσης της ανόδου;
Απάντηση:
- Η γωνία κλίσης (μαζί με το εστιακό σημείο) καθορίζει το μέγεθος της φαινόμενης εστίας: λόγω της κλίσης (~15°) η φαινόμενη εστία είναι μικρότερη από την πραγματική. Όσο μικρότερη η φαινόμενη εστία, τόσο καλύτερη η λεπτομέρεια της απεικόνισης (η γωνία επηρεάζει & το φαινόμενο πτέρνας).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Καθορίζει (με το εστιακό σημείο) το μέγεθος της φαινόμενης εστίας & άρα τη λεπτομέρεια.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: σχέση γωνίας → φαινόμενη εστία → λεπτομέρεια.
Φαινόμενη ΚΑΙ πραγματική εστία
Ερώτηση: 15. Τι είναι η φαινόμενη & τι η πραγματική εστία ανόδου;
Απάντηση:
- Πραγματική εστία: η επικλινής επιφάνεια της ανόδου στην οποία προσκρούουν τα ηλεκτρόνια όταν εφαρμοστεί τάση.
- Φαινόμενη εστία: η γεωμετρική προβολή της πραγματικής εστίας στο επίπεδο ακτινογράφησης — λόγω της κλίσης (~15°) είναι μικρότερη από την πραγματική.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Πραγματική = η επικλινής επιφάνεια πρόσκρουσης· φαινόμενη = η (μικρότερη) προβολή της στο επίπεδο ακτινογράφησης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: ο ορισμός & των δύο + η σχέση μεγέθους.
Ταχύτητα περιστροφής
Ερώτηση: 16. Με ποια ταχύτητα περιστρέφεται συνήθως ο δίσκος της ανόδου & ποιο πρόβλημα αντιμετωπίζεται;
Απάντηση:
- Η ταχύτητα περιστροφής είναι συνήθως 3.000–10.000 στροφές/λεπτό (σε ορισμένες περιπτώσεις έως 20.000).
- Έτσι αντιμετωπίζεται το θερμικό πρόβλημα της ανόδου: η θερμότητα δεν συγκεντρώνεται σε ένα σημείο αλλά κατανέμεται σε μεγαλύτερη επιφάνεια (όσο μεγαλύτερη η συχνότητα περιστροφής, τόσο μεγαλύτερα θερμικά φορτία αντέχει).
Σύνοψη: (ενδεικτική) 3.000–10.000 (έως 20.000) στροφές/λεπτό· αντιμετωπίζεται το θερμικό πρόβλημα (υπερθέρμανση ανόδου).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: το εύρος στροφών + το θερμικό πρόβλημα.
Αντοχή περιστρεφόμενης ανόδου
Ερώτηση: 17. Γιατί η λυχνία περιστρεφόμενης ανόδου αντέχει περισσότερο σε θερμικά φορτία σε σχέση με τη σταθερής ανόδου;
Απάντηση:
- Επειδή, λόγω της περιστροφής, τα ηλεκτρόνια δεν προσκρούουν στο ίδιο σημείο του δίσκου αλλά σε διαφορετικό. Έτσι (α) η κατανομή του θερμικού φορτίου γίνεται σε πολύ μεγαλύτερη επιφάνεια & (β) η απαγωγή της θερμότητας γίνεται από μεγαλύτερη περιοχή & είναι αποτελεσματικότερη.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Γιατί τα ηλεκτρόνια δεν χτυπούν το ίδιο σημείο → κατανομή & απαγωγή θερμότητας σε μεγαλύτερη επιφάνεια.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: διαφορετικό σημείο πρόσκρουσης → κατανομή/απαγωγή.
Θερμικό πρόβλημα ΚΑΙ αντιμετώπιση
Ερώτηση: 18. Ποιο είναι το σημαντικότερο πρόβλημα κατά τη λειτουργία της λυχνίας Χ & με ποιους τρόπους αντιμετωπίζεται;
Απάντηση:
- Το σημαντικότερο πρόβλημα είναι η υπερθέρμανση της ανόδου: ~99% της ενέργειας των ηλεκτρονίων γίνεται θερμότητα (& <1% ακτίνες Χ), συγκεντρωμένη σε μικρή επιφάνεια.
- Αντιμετώπιση: (1) περιστρεφόμενη άνοδος (κατανομή θερμότητας)· (2) υλικά μεγάλης θερμοχωρητικότητας (μολυβδαίνιο, γραφίτης)· (3) σύστημα ψύξης με λάδι, νερό ή αέρα.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η υπερθέρμανση της ανόδου (99% θερμότητα)· αντιμετωπίζεται με περιστρεφόμενη άνοδο, θερμοχωρητικά υλικά & ψύξη.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: το θερμικό πρόβλημα + τουλάχιστον 2 τρόποι.
Προστατευτικό περίβλημα
Ερώτηση: 19. Τι είναι το προστατευτικό μεταλλικό περίβλημα της λυχνίας & σε τι χρησιμεύει;
Απάντηση:
- Είναι το κέλυφος (χάλυβας ή αλουμίνιο με επένδυση μολύβδου) μέσα στο οποίο τοποθετείται η λυχνία. Παρέχει:
- ακτινοπροστασία (απορροφά την ακτινοβολία εκτός της ωφέλιμης δέσμης, που βγαίνει από τη θυρίδα εξόδου)· προστασία από το ρεύμα (περιβάλλει τους αγωγούς υψηλής τάσης & είναι γειωμένο)· μηχανική προστασία· & στήριξη του στάτορα του κινητήρα & του κιβωτίου διαφραγμάτων.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Το κέλυφος (μεταλλικό, με μόλυβδο): ακτινοπροστασία, προστασία από ρεύμα (γειωμένο), μηχανική προστασία & στήριξη εξαρτημάτων.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: τουλάχιστον 3 λειτουργίες.
Υλικό μεταξύ σωλήνα-περιβλήματος
Ερώτηση: 20. Με τι συμπληρώνεται ο χώρος μεταξύ γυάλινου σωλήνα Χ & προστατευτικού περιβλήματος & σε τι χρησιμεύει; Γιατί επιλέγεται το υλικό αυτό;
Απάντηση:
- Ο χώρος συμπληρώνεται με βιομηχανικό λάδι. Χρησιμεύει για την ηλεκτρική μόνωση της λυχνίας & για τη γρήγορη απαγωγή της θερμότητας προς το περιβάλλον.
- Επιλέγεται γιατί έχει ταυτόχρονα μονωτικές & ψυκτικές ιδιότητες (καλό μονωτικό & καλός φορέας θερμότητας).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Με βιομηχανικό λάδι — για ηλεκτρική μόνωση & απαγωγή θερμότητας (μονωτικές & ψυκτικές ιδιότητες).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: λάδι + μόνωση + ψύξη.
Γιατί από γυαλί
Ερώτηση: 21. Γιατί η λυχνία παραγωγής ακτίνων Χ κατασκευάζεται από γυαλί;
Απάντηση:
- Επειδή το γυαλί κατασκευάζεται εύκολα, έχει μικρή απορρόφηση των ακτίνων Χ & είναι πολύ καλό μονωτικό υλικό.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Γιατί κατασκευάζεται εύκολα, απορροφά ελάχιστα τις ακτίνες Χ & είναι καλό μονωτικό.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κριτήριο: & οι 3 λόγοι.
Κυκλώματα (επιλογή)
Ερώτηση: 22. Στην ακτινολογική λυχνία επιδρούν: α) 1 κύκλωμα, β) 2 κυκλώματα, γ) 3 κυκλώματα, δ) 4 κυκλώματα.
Λύση:
- Στη λυχνία επιδρούν 2 κυκλώματα (το β): το κύκλωμα θέρμανσης του νήματος (χαμηλή τάση, έως ~15 V) & το κύκλωμα υψηλής τάσης (40–150 kV).
Απάντηση: Σωστό: β (2 κυκλώματα).
Πρόσεξε:
- Κύκλωμα θέρμανσης νήματος + κύκλωμα υψηλής τάσης.
Μεγάλο νήμα (επιλογή)
Ερώτηση: 23. Το μεγάλο νήμα της καθόδου χρησιμοποιείται σε ακτινογραφίες: α) που απαιτούν μεγάλες ποσότητες φωτονίων, β) που απαιτούν μικρές ποσότητες φωτονίων, γ) ανεξάρτητα από τις ποσότητες φωτονίων, δ) στις οποίες παρέχεται η δυνατότητα χρήσης του.
Λύση:
- Το μεγάλο νήμα χρησιμοποιείται σε ακτινογραφίες που απαιτούν μεγάλες ποσότητες φωτονίων (το α) — σε βάρος όμως της διακριτικής ικανότητας.
Απάντηση: Σωστό: α (μεγάλες ποσότητες φωτονίων).
Πρόσεξε:
- Το μικρό νήμα αντιστοιχεί σε μικρές ποσότητες φωτονίων & υψηλή διακριτική ικανότητα.
Μικρό νήμα (επιλογή)
Ερώτηση: 24. Το μικρό νήμα παρέχει απεικόνιση: α) χαμηλής διακριτικής ικανότητας, β) υψηλής διακριτικής ικανότητας, γ) υψηλής αντίθεσης, δ) χαμηλής αντίθεσης.
Λύση:
- Το μικρό νήμα δίνει μικρό εστιακό σημείο & άρα απεικόνιση υψηλής διακριτικής ικανότητας (το β).
Απάντηση: Σωστό: β (υψηλής διακριτικής ικανότητας).
Πρόσεξε:
- Η διακριτική ικανότητα αφορά τη λεπτομέρεια, όχι την αντίθεση.
