Componentes y funcionamiento del tubo de rayos X

El sistema más sencillo para la disipación de calor en un tubo de rayos X consiste en que el ánodo se prolongue hacia atrás con un buen conductor del calor, como el cobre. En algunos casos, esto se complementa con la circulación de agua o aceite alrededor del ánodo para una refrigeración más eficiente.

Partes Fundamentales del Tubo de Rayos X

1. Tubo Radiográfico o Radiógeno

Es una cápsula de vidrio (generalmente de Pyrex o borosilicatado) diseñada para resistir elevadas temperaturas. Se le ha extraído el aire y otras partículas para crear un vacío casi absoluto, y en su interior contiene dos electrodos principales.

a) Cátodo

Está representado por un filamento de tungsteno, sostenido por una copa de enfoque (o campana), y conectado a la corriente eléctrica para su calentamiento.

b) Ánodo o Anticátodo

Compuesto por una masa metálica (generalmente de tungsteno), orientado con una inclinación típica de 20°. Está rodeado por una cubierta de cobre, un metal que se utiliza para transmitir el calor generado. Este calor se disipa hacia el lado opuesto, donde existe un sistema de refrigeración compuesto por la circulación de aceite, agua, aire o una combinación de estos.

El tubo está envuelto por una coraza de plomo que lo protege de la radiación dispersa. Esta coraza solo posee una pequeña abertura, conocida como ventana, por donde emergen los rayos X útiles.

El plomo es un metal con un elevado número atómico, lo que le permite detener eficazmente las radiaciones que no tienen la dirección de la ventana, garantizando la seguridad radiológica.

2. Transformador de Alta Tensión o Generador de Alta Tensión

Este componente utiliza una corriente eléctrica de entrada de 220 voltios, transformándola en un rango de 40,000 a 140,000 voltios para la generación de rayos X. Su funcionamiento se basa en el principio de la inducción electromagnética. Generalmente, consta de dos bobinados alrededor de barras metálicas de hierro:

a) Primario

Esta barra se envuelve con un alambre de cobre de un grosor y número de vueltas específicos.

b) Secundario

En esta barra se enrolla un alambre menos grueso, pero con un mayor número de vueltas. Generalmente, el número de vueltas del secundario es un múltiplo del primario para elevar la tensión.

3. Elementos que Modifican la Fase Negativa del Haz de Rayos

Las ondas electromagnéticas de los rayos X tienen una longitud de onda muy reducida, lo que les permite atravesar cuerpos opacos, a diferencia de la luz visible.

La longitud de onda (λ) se mide por la distancia existente entre el punto máximo de una cresta o el punto mínimo de un valle, y el punto correspondiente en la siguiente cresta o valle.

Existen equipos de rayos X de alta potencia que modifican la fase negativa de los rayos X mediante unas válvulas especiales denominadas válvulas de Velar. Esto permite obtener fases más positivas, lo que resulta en una mejora significativa de la imagen radiográfica.

4. Sistema de Incandescencia del Cátodo

Para que los electrones se desplacen con facilidad del cátodo al ánodo, se debe aplicar una intensidad que vuelva incandescente al cátodo (por ejemplo, 10 amperios). Esto genera una diferencia de potencial eléctrico entre los electrodos, resultando en un flujo de corriente que aumenta con la intensidad aplicada.

Dentro del tubo se genera una energía calórica considerable y potencialmente dañina que debe ser neutralizada. Esto se logra principalmente a través del ánodo, que, gracias a su cubierta de cobre, facilita la transmisión de calor y cuenta con un sistema de refrigeración. Además, en los ánodos rotatorios, el haz de electrones no incide en un solo punto focal, distribuyendo el calor sobre una superficie mayor y mejorando la disipación.

Es importante recordar que aproximadamente el 99% de la energía generada es energía calórica, y solo el 1% corresponde a los rayos X.