Tubo de vacio y efecto termoiónico

• Tubo de vacío.

• Es un recipiente de vidrio tipo Pyrex® capaz de soportar las altas temperaturas que se generan. Está herméticamente sellado y en su interior se ha producido un elevado vacío.
•  ¿Para qué es necesario ese vacío? Para que los electrones, en su trayectoria de aceleración entre el cátodo y el ánodo, no encuentren el obstáculo de las moléculas de aire. El choque con estas moléculas ocasionaría un cierto frenado de los electrones y una ionización con producción de electrones secundarios incontrolables.
• Los modernos tubos de rayos X se conocen con el nombre de tubos de Coolidge.
•  Últimamente se ha incorporado metal en parte o en la totalidad de la envoltura de vidrio.
•  Un segmento de la envoltura de cristal, aproximadamente de 5 cm2 es la ventana de tubo, contiene una sección fina de cristal a través de la cual se emite el haz útil de rayos X.
•  El color opaco del tubo (debido al uso) se debe a la evaporación del Wolframio.

• Efecto termoiónico.-

• El efecto termoiónico es una propiedad de los metales y consiste en la emisión de electrones por parte del metal cuando éste es calentado a una cierta temperatura.
•  En el tubo de rayos X, este fenómeno tiene lugar en el filamento del cátodo.

• Cátodo: filamento y colimador del foco o copa de enfoque.-

• El cátodo es el conjunto del electrodo negativo del tubo. Contiene varios elementos.

• El filamento:
  • Es el componente principal pues de él proceden los electrones. Es una espiral de wolframio y cesio o de wolframio y torio.
  • Este metal proporciona una emisión termoiónica mayor que la de otros metales. Su punto de fusión es muy alto
  • Además el wolframio no se vaporiza con facilidad.
  • La adición de cesio o de torio incrementa la eficacia de la emisión termoiónica y prolonga la vida del tubo.

•  La copa de enfoque o colimador del foco:
  • El filamento se halla embebido en una pieza metálica de níquel, con forma de un grueso anillo, en cuyo fondo se aloja el filamento.
  • Está diseñado para que el haz de electrones hacia el foco anódico.

• Las conexiones para el circuito de baja tensión: corriente del filamento
  • La corriente utilizada para calentar al filamento está entre 7 y 20 voltios, generalmente 10 voltios.
  • Cuando el wolframio se calienta y se pone incandescente absorbe energía térmica y algunos de los electrones adquieren la suficiente energía para salir a las inmediaciones del filamento.
  • La intensidad de la corriente del tubo condiciona el número de electrones, la corriente del tubo se controla cambiando la corriente del filamento. Debido a la emisión termoiónica, un pequeño cambio en la corriente del filamento conduce a una variación grande en la corriente del tubo.

• Ánodo: fijo y giratorio.
• El ánodo es el electrodo positivo del tubo de rayos X. está formado por dos elementos principales:
  • Foco o punto focal: es el área del blanco sobre la que colisionan los electrones y desde la que se emiten los rayos X.
    • Constituye la fuente real de radiación. Entendemos por blanco a la superficie total del ánodo en la que inciden los electrones.
    • El foco presenta cierta inclinación con respecto al eje del tubo lo cual confiere las características del llamado foco aparente.
    • El foco está constituido por wolframio. Los motivos por los cuales se elige el wolframio como material del foco son tres:
      •  Su número atómico elevado. Esto le proporciona un alto rendimiento en la producción de rayos X y además de rayos X con energía más alta.
      • Su conductividad térmica que es casi igual a la del Cu así se favorece la rápida difusión de todo el calor producido.
      • Su alto punto de fusión le permite soportar sin fundirse las altas temperaturas alcanzadas.
      • Como el wolframio es muy caro, sólo se emplea en la zona de incidencia de los electrones.