எக்சு-கதிர்க் குழாய்

எக்சு-கதிர்க் குழாய் (X-ray tube) என்பது எக்சு-கதிர்களைத் தோற்றுவிக்கும் ஒரு வெற்றிடக் குழாய் ஆகும். இவை எக்சு-கதிர்க் கருவிகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. மின்காந்த நிழற்பட்டையின் ஒரு பகுதியான எக்சு-கதிர்கள், புற ஊதாக் கதிர் ஒளியின் அலைநீளத்தை விடக் குறைவான அலைநீளத்தைக் கொண்டவை. எக்சு-கதிர்க் குழாய்கள் வரியோட்டவழிக் கணித்த குறுக்குவெட்டு வரைவிகள், வானூர்தி நிலையங்களில் உள்ள பொதி வருடிகள், எக்சு-கதிர்ப் படிகவியல், மற்றும் தொழிற்துறைப் பொருள் கண்காணிப்பு ஆகியவற்றிலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. 1913 ஆம் ஆண்டுகளுக்குப் பின்புதான் கூலிட்ஜ் குழாய்கள் பயன்பாட்டிற்கு வந்தன. இக்குழாயில் தான் முதன்முதலில் வெப்ப அயனிகள் எக்சு கதிர்களைப பெற பயன்படுத்தப்பட்டன.^[1][2][3]

விரைந்து செல்லும் இலத்திரன்கள், வெற்றிடக் குழாயிலுள்ள இலக்கைத் தாக்கும் போது, அவைகள் வேகத் தளர்ச்சியுற்று, அவற்றின் ஆற்றலின் சிறு பகுதி எக்சு-கதிர்களாக மாற்றப்பட்டு குழாயிலும் கூண்டிலுமுள்ள கதிர்களுக்கான சாளரம்-திறப்பு- வழியாக வெளிப்படுகின்றன. கதிர்கள் தோன்றும் இலக்கு டங்சுடனால் ஆனது.

இந்த சாளரம் பெரிலியம் உலோகத்தால் ஆனது. பெரிலியம் ஒரு தனிமம். இதன் கலவைகள் நிறை குறைந்தும் உறுதியாகவும் உள்ளன. எளிதில் அரிக்காது. இதனாலாயே பெரிலியம் சாளரம் (Berryllium window) பயனாகிறது.

குழாயிலுள்ள எதிர்மின் முனை, கட்டி நிக்கலால் ஆனது. இந்த நிக்கல் கட்டியில் குவிக்கும் கோப்பையும் (Focusing cup) உள்ளது. இந்த கோப்பையில் வெப்ப எலக்ட்ரான்களை உமிழும் டங்சுடன் இழை உள்ளது. இந்த இழையில் மின்சாரம் பாயும் போது, இழை வெப்பமுற்று, எலக்ட்ரான்களை உமிழ்கின்றன.இவையே குழல் மின்னோட்டத்திற்குக் காரணமாகும். கோப்பை சிறிய எதிர் மின் அழுத்தத்தில் இருப்பது எலக்ட்ரான்களைக் குவிக்க உதவுகிறது.

டங்சுடன் தூயநிலையில் கிடைப்பது, இதன் உருகு வெப்ப நிலை அதிகமாக இருப்பது, எளிதில் ஆவியாகாதத்தன்மை, மிகமெல்லிய கம்பியாக மாற்றமுடிவது, டங்சுடனே இழையைத் தாங்கவும் செய்வது முதலிய பண்புகளே அது இழையாகப் பயன்படக் காரணம்.

நேர்மின் முனை, எதிர்மின் முனைக்கு எதிராக அமைக்கப்பட்டுள்ளது. நேர்மின் முனை கட்டிச் செம்பால் ஆனது. எலக்ட்ரான் மோதுமிடம் மெல்லிய 1*1*0.2 செ.மீ. கனமுள்ளள டங்சுடன் தகட்டால் ஆனது. இந்த தகடு செம்புக் கட்டியில் நன்றாக இணைந்து இருக்கிறது. இதுவே இலக்காகும். நேர்முனையில் செம்பு, டங்சுடன் முதலிய தனிமங்கள் இருப்பதால் இது கூட்டு நேர்மின் முனை (Compound anode) எனப்படுகிறது.

எக்சுகதிர் குழாய், உறுதியான போரோசிலிகேட் அல்லது பைரக்சு கண்ணாடியால் ஆனது. இக்குழாய் எஃகினாலான ஒரு கூண்டில் உள்ளது. இதற்கு முக்கிய காரணங்கள்,

1. கண்ணாடியாலான குழாயினை பாதுகாப்பாக வைப்பது,
2. கதிர்களை தேவையான பக்கம் மட்டுமே பெறுவது,
3. பிற திசைகளில் கதிர்களைத் தடுப்பது,
4. குழாயினைக் குளிர்விக்க உள்ள எண்ணெய்க்கு ஒரு கொள்கலனாக, கூண்டு பயன்படுகிறது. மேலும்
5. இவ்வெண்ணெய், உயர் மின் அழுத்தம் காரணமாக மின்வில் தோன்றுவதைத் தடுக்கவும்
6. கூண்டிலுள்ள துருத்தி, தொடர்ந்து குழாயினைப் பயன்படுத்தும் போது அதிக வெப்பம் தோன்றும் நிலையில்,

தானியங்கிப் பொத்தானை இயக்கி, குழாயின் செயல்பாட்டை முடக்கிக் கருவியை காப்பதும் கூண்டின் பயனாகும்.

கூண்டின் உள்பகுதியில் எக்சுகதிர்களை ஏற்கும் போதுமான தடிமனளவுள்ள காரீயத் தகடும் அமைக்கப்பட்டுள்ளது.

எக்சு-கதிர்குழாயில் தோற்றுவிக்கப்படும் கதிர்களின் செறிவு( I ), இலக்காகப் பயன்படும் உலோகத்தின் அணு எண்ணிற்கு(Z ) நேர் வீதத்தில் உள்ளது. டங்சுடனின் அணுஎண் 74 ஆக இருப்பது அதனை இலக்காக பயன்படுத்தக் காரணமாய் அமைகிறது. டங்சுடனின் அதிக உருகு வெப்பநிலையும், அது எளிதில் தூயநிலையில் கிடைக்கப் பெறுவதும், அதன் ஆவி அழுத்தம் குறைவாக இருப்பதும் மேலும் சில முக்கிய காரணங்களாகும். குவிக்கும் கோப்பையிலுள்ள கம்பிச்சுருளை வேண்டியவாறு சூடேற்றி கதிர்களின் செறிவினை மாற்றமுடியும்.

குழாய் மின்னூட்டம் mA -மில்லி ஆம்பியரில் அளவிடப்படுகிறது. குவிக்கும் கோப்பை எலக்ட்ரான்களை இலக்கிலுள்ள குவியத்தில் மோதச் செய்கிறது. குவியத்தில் இருந்து கதிர்கள் தோன்றி வெளிப்படுகின்றன.S என்பது காலளவு -செகண்டில்-,டி என்பது குவியத்திற்கும் செறிவை அளவிடும் புள்ளிக்கும் இடைப்பட்ட தூரமாகும்

இவ்வாறு தோன்றும் கதிர்களின் செறிவு:

${\displaystyle I\propto Z}$

${\displaystyle \propto mA}$

${\displaystyle \propto S}$

${\displaystyle \propto {\frac {1}{d^{2}}},}$ d என்பது தொலைவைக் குறிக்கும்.

இவற்றை இணைத்து,

${\displaystyle I\propto {\frac {ZmAs}{d^{2}}}}$ என்று எழுதலாம்.

எக்சு-கதிர்க் குழாயில் ஏற்படும் பழுதுகள் என்பது குழாயினைத் தொடர்ந்து பயன்படுத்தும்போது அதில் ஏற்படும் பழுதுகளைக் குறிக்கின்றன. பல காரணங்களால் பல வேண்டாத விளைவுகள் தோன்றக் கூடும். அவையாவன:

• எதிர் மின்முனையிலுள்ள வெப்ப எலக்ட்ரான்களை உமிழும் இழை செயல்படாமல் போதல்.கருவியை இயக்கும் போது எக்சு கதிர்கள் வெளிப்படாமல் இருந்தால் இழை சரியாகச் செயல்பட இல்லை என்று பொருள். .இதறுகுக் காரணம் மின் சுற்றில் முறிவு ஏற்பட்டு இருக்கலாம்.அல்லது அந்த மின் இழை முறிந்து இருக்கலாம்.முறிந்து இருக்கும் பட்சத்தில் குழாயினை மாற்ற வேண்டும்.
• சுழலும் நேர்முனையினைக் கொண்ட குழாய்களில் பந்துகள் சேதப்படுதல்.தொடர்ந்து கருவியை இயக்குவதால் உருண்டையான பந்துகள் தன் வடிவை இழக்கும் நிலை உருவாகலாம்.கருவியை இயக்கும் போது எழும் ஒலி மாறுபாட்டில் இருந்து இதனை அறிந்து கொள்ளலாம்.
• நேர்முனையே பழுதுபடல்.தொடர்ந்து கருவியினை இயக்கும் போது தோன்றும் அதிகப் படியான வெப்பத்தால் நேர்முனைப் பரப்பு தனது வழவழப்பான தனமையை இழக்கக்கூடும்.அந்தக் குவியப் பரப்பு சொரசொரப்பாகி விடும்.இது ஆங்கிலத்தில் பிற்றிங் ( ) எனப்படும்.
• எக்சுகதிர் குழாயில் கீறல் ஏற்படுதல்.அதிக அளவில் வெப்பம் நேர்முனையில் ஏற்கப்படும் நிலையில் இவ்வாறான கீறல் ஏற்படுகிறது.
• குழாயில் வளிமம் தோன்றுதல்.
• டங்சுடன் இலக்கு ஆவியாவதால் குழாயினுள் அது படிந்து விடுதல்.கவனக்குறைவாலும் தொடர்ந்து கருவியினை பயன்படுத்துவதால் டங்சுடன் ஆவியா வாய்ப்பு உள்ளது. இந்த ஆவி குழாயின் உள்பகுதியில் படிவதால் வெளிப்படும் கதிர்களின் செறிவு குறைய வாய்புள்ளது.
• கருவியினைக் கவனமாகக் கையாளுவதன் மூலம் இப் பழுதுகளைத் தவிர்க்கலாம்.

எக்சு கதிர் குழாயின் திறன் (Efficiency of x ray production ) என்பது எக்சு கதிர் குழயில் பாயும் எலக்ட்ரான்களின் ஆற்றலில் எந்த அளவு எக்சு கதிர்களாக மாற்றப்பட்டுள்ளது என்பதனைக் காட்டும். இது

f = 1.4 *10^-9 Z V என்று கொடுக்கப்படும். இங்கு

f என்பது எக்சு கதிர்களாக மாற்றப்பட்ட எலக்ட்ரான் ஆற்றலின் பகுதி,

Z என்பது இலக்கின் அணு எண்,

V என்பது வோல்டில் மின் அழுத்த வேறுபாடு,

விழுக்காட்டில் தேவை என்றால் இதனை 100 ஆல் பெருக்கிக் காணலாம் எக்சு கதிர் குழாயின் திறன் இரு மின்முனைகளுக்குமிடையே செலுத்தப்படும் மின்னழுத்த வேறுபாட்டினைப் பொறுத்து மாறுபடுகிறது.அதிக அழத்தத்தில் திறனும் அதிகரிக்கிறது.இதனை அடியிலள்ளள அட்டவணை தெளிவாகக்காட்டும்.

   மின்னழுத்த வேறுபாடு         ஆற்றல் % ல்              100 அலகு எக்சு
                             வெப்பம்    எக்சு கதிர்           கதிர்களுக்குவெப்ப அலகு 

          60 kV               99.5          0.5                    19900     

          200 "                99            1.0                    9900

          4 MV                 60             40                     150

          20 "                30             70                     43    

          மேலே காட்டிய அட்டவணை தெளிவாக மின் அழுத்தம் அதிகரிக்கும் போது தோற்றுவிக்கப்படும் வெப்பம் குறைந்து எக்சு கதிர்களின் தோற்றம் அதிகரிக்கிறது என்பனைக் காட்டுகின்றன. 

வரலாற்று ரீதியாக எக்சு-கதிர்கள் பிரித்தானிய இயற்பியலாளரான வில்லியம் குரூக்ஸ் மற்றும் ஏனையோரால் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட குரூக்கின் குழாய் எனப்படும் பரிசோதனை மின்னிறக்கக் குழாயிலிருந்து வெளியிடப்பட்ட கதிர்வீச்சில் இருந்து கண்டுபிடிக்கப்பட்டன. மருத்துவ மற்றும் பிற பயன்பாடுகளுக்காக எக்சு-கதிர்களைப் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுத் தொடங்கியதால் விரைவில் அவை பிரபல்யமடைந்தன. அதனால் தொழிற்சாலைகள் எக்சு-கதிர்களை உற்பத்தி செய்யப் பிரத்தியேகமான குரூக்கின் குழாய்களை உற்பத்தி செய்யத் தொடங்கின. இவையே முதலாவது எக்சு-கதிர்க் குழாய்கள் அகும். இந்த முதலாம் தலைமுறை குளிர்க் கதோட்டு அல்லது குரூக்கின் எக்சு-கதிர்க் குழாய்கள் 1920 கள் வரையில் பயன்படுத்தப்பட்டன.

குரூக்கின் குழாய்கள் தேவையான இலத்திரன்களை சூடாக்கப்பட்ட மின்னிழைக்குப் பதிலாகக் குழாயில் எஞ்சியுள்ள காற்றை அயனாக்கம் செய்வதன் மூலம் எக்சு-கதிர்களை உருவாக்கின. அதனால் அவை முழுமையானதாக அல்லாமல் பகுதியான வெற்றிடமாகவே காணப்பட்டன.

• X-ray Tube - A Radiograph of an X-ray Tube
• The Cathode Ray Tube site
• NY State Society of Radiologic Sciences
• Collection of X-ray tubes by Grzegorz Jezierski of Poland
• Excillum AB, a manufacturer of metal-jet-anode microfocus x-ray tubes