Tubo de Rayos X: Componentes Esenciales y Principios de Operación

El Cátodo: Emisión de Electrones en Tubos de Rayos X

El cátodo es el electrodo negativo del tubo de rayos X. En él tiene lugar la emisión de electrones mediante un fenómeno denominado efecto termoiónico. Este efecto es una propiedad de algunos metales y consiste en la emisión de electrones por parte del metal cuando es calentado. En el caso del wolframio, este efecto ocurre a partir de los 2200ºC.

Componentes del Cátodo

• El filamento: Es la fuente de donde proceden los electrones. Generalmente, es una espiral de wolframio (W) y cesio (Cs) o wolframio (W) y torio (Th).
• La copa de enfoque: Siempre con potencial negativo, está diseñada para que el haz de electrones converja hacia el foco anódico.
• Las conexiones para el circuito del filamento (baja tensión): La corriente utilizada para calentar el filamento está entre 7 y 20 voltios, generalmente 10 voltios. La corriente en miliamperios (mA) se sitúa entre 1000 y 1200. La corriente del tubo se controla ajustando la corriente del filamento.

El Ánodo: Producción de Rayos X y Disipación de Calor

El ánodo es el electrodo positivo y actúa como el blanco donde impactan los electrones emitidos por el cátodo. Es el lugar donde se producen los rayos X. Está formado por el foco y el soporte del foco. Sus funciones principales son actuar como conductor eléctrico, conductor térmico y soporte mecánico del foco.

Componentes del Ánodo

• Foco o punto focal: Es la superficie del ánodo sobre la que colisionan los electrones y desde la que se emiten los rayos X. Es la fuente real de radiación y presenta cierta inclinación con respecto al eje del tubo.
• Soporte del foco: En los ánodos fijos, es un cilindro de cobre. En los ánodos rotatorios, es un complejo sistema de disco y rotor.

Tipos de Ánodo

• Ánodo Fijo: Consiste en una pequeña placa rectangular de wolframio, de unos 2-3 mm de grosor. Se usan cada vez menos, principalmente en equipos de rayos X dentales y veterinarios.
• Ánodo Rotatorio: Es un disco de molibdeno que lleva en su borde biselado una pista anular de wolframio y renio. Este diseño permite una mayor disipación de calor.

Curvas de Enfriamiento

• Curva de enfriamiento del ánodo: Aproximadamente 15 minutos.
• Curva de enfriamiento de la carcasa: De 1 a 1.5 millones de Unidades Térmicas (U.T.), lo que equivale a 1 a 2 horas con ventilador auxiliar, y el doble de tiempo sin él.

Funcionamiento del Tubo de Rayos X: Botones de Control

• Botón de Preparación: Al activarlo, se calienta el filamento, el ánodo comienza a rotar, se emiten electrones y se cierra el circuito de baja tensión.
• Botón de Exposición: Una vez presionado, se cierra el circuito de alta tensión, los electrones son disparados hacia el ánodo y se forman los rayos X.

Sistemas de Alimentación y Transformadores en Rayos X

Los equipos de rayos X suelen operar con corriente trifásica en el rango de 208 a 230 voltios.

Componentes Clave del Circuito Eléctrico

• Autotransformador: Posee un único bobinado. La tensión que recibe y la que proporciona están en relación directa con el número de espiras del autotransformador. Suministra el voltaje primario (rango de 40-150 kVp).
• Transformador de Baja Tensión (Filamento): Suministra aproximadamente 10 voltios al filamento. Su bobinado primario tiene unas 10 veces más espiras que el secundario, lo que reduce el voltaje. El rango de corriente es de 3-8 Amperios.
• Transformador de Alta Tensión: Genera voltajes entre 25,000 y 150,000 voltios. Su bobinado secundario tiene significativamente más espiras que el primario para elevar la tensión.