Caracteristicile radiatiilor si energiei utilizate pentru obtinerea imaginilor

Caracteristicile radiatiilor si energiei utilizate pentru obtinerea imaginilor

Exista doua componente ale universului fizic: energie si materie. In cele mai multe procese fizice exista o interactiune si un schimb constante intre cele doua; imagistica medicala nu este o exceptie. In toate metodele imagistice, imaginile sunt formate prin interactiunea dintre energie si tesutul uman (materie). O varietate de tipuri de energie sunt utilizate in imagistica medicala. Acest lucru este, in parte, ceea ce reprezinta diferenta in metode imagistice. In acest capitol vom revizui unele concepte de baza legate de energie si apoi ne vom uita in detaliu la radiatie, care este energia in miscare, si la rolul electronilor in transferul de energie.

Obtinerea imaginilor structurilor interne ale corpului necesita un transfer de energie de la o sursa de energie catre organismul uman si apoi de la organism catre un receptor corespunzator, asa cum se arata in imaginea de mai jos.

Rolul energiei in imagistica medicala

Cu toate ca s-ar putea fi diferite tipuri, anumite caracteristici se aplica tuturor tipurilor de energie utilizate in imagistica.

O cerinta de baza este ca energia trebuie sa aiba posibilitatea de a penetra corpul uman. in Viata de zi cu zi , lumina vizibila este tipul primar de energie utilizat pentru a transfera informatiile despre imagine. Cu toate acestea, pentru ca in mod normal lumina vizibila nu poate penetra organismul uman, se foloseasc alte tipuri de energie pentru a obtine imagini interne ale corpurilor.

O alta caracteristica a oricarei energii utilizate pentru imagini este ca aceasta trebuie sa interactioneze cu structurile interne ale orgamismului intr-un mod care va crea informatii despre imagine.

Un element comun al tuturor metodelor imagistice este faptul ca o mare parte din energia utilizata este depozitata in tesutul uman. Ea nu rezida in organism sub forma aceluiasi tip de energie, ci se transforma in alte forme de energie, cum ar fi caldura si de modificare chimica. Posibilitatea ca energia depusa sa produca un efect nedorit biologic trebuie sa fie intotdeauna luata in considerare.

Pe masura ce ne apropiem de procesul de imagistica medicala, este util sa mentionam doua mari categorii de energie. O categorie este un grup de forme de energie, care necesita un material in care sa existe. Alta categorie este energia care nu necesita nici un obiect material pentru existenta sa. Desi aceasta ultima categorie nu are nevoie de materie pentru existenta sa, este intotdeauna creat de o substanta materiala si este in permanenta miscare si transfera energie dintr-un loc in altul. Aceasta forma de energie este radiatia; toate formele de energie utilizate pentru imagistica medicala, cu exceptia ultrasunetele, sunt forme de radiatie.

FORME DE ENERGIE SI RECONVERSIA

Semnificatia formelor de energie legate de materie in imagistica medicala este ca ele furnizeaza energie pentru a forma radiatii si, mai tarziu, o recapteaza, atunci cand radiatia este absorbita.

Un principiu de baza al universului este ca energia nu poate fi nici creata, nici distrusa. Cu toate acestea, ea se poate transforma dintr-o forma de un anumit tip intr-o forma de alt tip. In imaginea de mai jos sunt prezentate unele din formele de energie utilizate in productia a unei imagini cu raze X. Diversele componente ale sistemului de formare a imaginii convertesc energia dintr-o forma in alta.

Forme de energie implicate in producerea unei imagini cu raze X

RADIATIA

Radiatia este energia care se misca prin spatiu de la un obiect, sursa, catre un alt obiect unde este si absorbita. Sursele de radiatii sunt, in general, colectii de materie sau dispozitive care transforma alte forme de energie in radiatie. In unele cazuri, energia, pentru a fi convertita este stocata in cadrul unui obiect. Exemple sunt soarele si materialele radioactive. In alte cazuri, sursa de radiatii este doar un convertor de energie, precum si alte forme de energie trebuie sa se aplice in scopul de a produce radiatii; becurile si de tuburile cu raze X sunt exemple in acest sens.

Cele mai multe forme de radiatii pot patrunde printr-o anumita cantitate de materie. Dar, in majoritatea situatiilor, energia radiatiei este in cele din urma absorbita de material si transformata intr-o alta forma de energie.

RADIATIILE ELECTROMAGNETICE

Exista doua tipuri majore de radiatii, asa cum se arata mai jos:

Comparatie intre cele doua tipuri de radiatii de baza

Intr-un tip, energia este 'ambalata' in unitati mici, cunoscute sub numele de fotoni sau cuante. Un foton sau un cuantum de energie nu contine materie, doar energie. Deoarece nu contine materie, atunci nu poseda nici masa sau greutate. Acest tip de radiatie este cel al radiatiilor electromagnetice. In cadrul familiei radiatiilor electromagnetice sunt o serie de tipuri de radiatii specifice, care sunt utilizate pentru scopuri diferite. Acestea includ radiatiile cunoscute, cum ar fi: semnale radio, lumina, radiatiile X, radiatiile gamma. Denumirile sunt determinate de cantitatea de energie "ambalata" in fiecare foton.

RADIATIA DE PARTICULE

Un alt tip de radiatii de baza consta in particulele mici de materie care se deplaseaza in spatiu cu o viteza foarte mare. Acestea transporta energie datorita deplasarii lor. Radiatia de particule provine in principal de la materialele radioactive, din spatiul cosmic, sau de la acceleratoarele de particule (masini care accelereaza particulele la viteze foarte mari), cum ar fi acceleratoarele liniare, betatron, si ciclotron. Radiatia de particule difera de radiatia electromagnetice prin faptul ca particulele constau din materie si au masa proprie.

Tipul de radiatie de particule intalnita cel mai frecvent in medicina clinica este radiatia de electroni de mare viteza. Radiatia de particule nu este in general folosita ca radiatie imagistica din cauza puterii scazute de penetrare a tesutului. De asemenea, atunci cand radiatia X interactioneaza cu materia, cum ar fi tesutul uman, aceasta transfera energia in electroni, creand astfel o forma de radiatie de electroni in interiorul materialului.

UNITATI DE ENERGIE SI CANTITATILE LEGATE DE ACESTEA

Exista ocazii pe care trebuie sa se ia in considerare cantitatea de energie implicata in procesul respectiv. Multe unitati de masura sunt folosite pentru a cuantifica energia, datorita sistemelor de unitati diferite (metrice, britanic, etc), precum si a gamei considerabile a dimensiuni unitatilor de masura. In acest moment, vom lua in considerare numai acele unitati de energie intalnite in cadrul procedurilor de imagistica si radiologice medicale. Diferenta principala intre unitatile de energie care urmeaza sa fie luata in considerare este dimensiunea lor, care, la randul sau determina folosirea lor specifica. Noi folosim sistemul de baza cu raze X, asa cum se arata aici, pentru a introduce diversele unitati de energie.

Unitati de energie intalnite in imagistica cu raze X

Joule
Joule (J) este unitatea fundamentala a energiei in Sistemul International de Unitati (SI *); acesta este un system metric. Aceasta este cea mai mare unitate de energie intalnita in radiologie. Un Joule este echivalent cu 1 Watt * secunda. Un bec de 100 de Watt-i disipa 100 J de energie pe secunda. In capitolul urmator vom lua in considerare gama completa de cantitati si unitatile utilizate in mod specific pentru radiatii; mai multe sunt legate de energie si sunt definite in termeni de Joule sau alte unitati de energie.

In general, Joule este utilizata atunci cand cantitati relativ mari de energie sunt implicate.

Gram-Rad
Gram-Rad este o alta unitate de dezvoltat in radiologie pentru a exprima energia totale de radiatii absorbita de catre organism. Utilizarea sa este discutat in capitolul urmator. O tendinta generala este de a utiliza Joule pentru aceasta aplicatie, mai degraba decat gram-Rad.

Erg
ERG este o unitate metrica de energie, dar nu este o unitate SI. Acesta este mult mai mica decat Joule. Utilizarea sa de primar in radiologie este de a exprima cantitatea de energie radiatii absorbita in tesutul.

Electron Volt

Electron volt (eV) este cea mai mica unitate de energie. Ea si multipli sale, volt kiloelectron (keV) si megaelectron volt (MeV), sunt folosite pentru a exprima energie de electroni individuale si fotoni. Individuale de energie al fotoni de lumina este in intervalul de un electron-volti cateva. Razele X si fotonii gamma utilizati in procedurile de imagistica au game de energie variind de la aproximativ cincisprezece la cateva sute de kiloelectron volti.

Relatiile dintre cele trei unitati de energie de baza sunt :

1 Joule = 10^7 erg

1 Joule = 6.24 x 1018 de electroni.

Putere

Puterea este termenul care exprima rata la care energia este transferata intr-un proces special. Watt este unitatea de putere exprimare. Un watt este echivalent cu un transfer de energie sau de conversie la rata de 1 / J sec. Dupa cum sa mentionat mai sus, de 100-watt bec converteste energia la rata de 100 / J sec. In imagistica medicala, puterea este folosit pentru a descrie:

     * capacitatea de a-generatoare de raze X,
     * limitarile de tuburi de raze X,
     * productia de traductoare cu ultrasunete,
     * rata la care energia este depozitat in tesutul in timpul procedurilor de IRM.

Intensitate

Intensitatea este concentratia spatiala a puterii si isi exprima rata la care energia trece printr-o zona de unitate. Acesta este de obicei exprimata in wati pe metru patrat sau de wati pe centimetru patrat. Intensitatea este, de asemenea utilizate pentru a exprima valori relative de raze X rata de expunere, luminozitate lumina, de radiofrecventa (RF), puterea semnalului in IRM, etc.

NATURA CUANTICA A RADIATIILOR

Am vazut ca radiatia electromagnetica este ambalata ca si fotoni individuali sau cuante. Acest lucru mai este cunoscut si ca natura cuantica a radiatiilor si devine un concept important in intelegerea modului in radiatia este creata si absorbita.

Natura cuantelor de radiatie si materia

Aici vom vedea o ilustrare a cuantice caracteristicile de baza ale ambelor radiatii si materie. Cand ne-am lua in considerare structura materiei intr-un alt capitol vom constata ca electronii, in general, in termen de atomi de sedere, la niveluri energetice specifice, mai degraba decat la un nivel de energie arbitrare. Electronii pot trece de la nivelul de energie la altul, dar acestea trebuie sa mearga pana la capat sau nu la toate. Aceste niveluri distincte de electroni de energie da chestiune anumite caracteristici cuantice. In termeni simpli, materia prefera sa faca schimb de energie in cantitati predefinite, mai degraba decat in cantitati arbitrare. Radiatia calatoreste prin spatiu ca o ploaie de fotoni individuale.

In cele din urma foton este absorbit prin transferul de energie spate la un electron. Sanse de absorbtie a acesteia este sporita semnificativ in cazul in care descopera un material cu un nivel de energie de electroni aproape de continutul sau de energie. Punct important aici este faptul ca fotoni radiatiile sunt create si absorbite in mod individual, prin intermediul schimburilor de energie in anumite materiale.

Desi fotonii radiatii sunt diferentiate in functie de mai multe cantitati fizice, asa cum se arata aici, toate radiatii electromagnetice calatoreste cu aceeasi viteza prin spatiu. Pentru ca lumina este una dintre formele cele mai comune ale radiatiilor electromagnetice si viteza sa este cunoscuta, se spune adesea ca radiatiile electromagnetice de calatorie cu viteza luminii. In spatiul liber, aceasta este o viteza de aproximativ 3 x 108 m / sec. Daca presupunem ca media x-ray fotoni calatorii 1 m, intre momentul in care este creat si momentul in care este absorbita, durata de viata medie a unui foton ar fi de 3.3 x 10-9 secunde. Fotonii nu pot fi stocate sau suspendata in spatiu. Odata ce un foton este creat si emise de o sursa, aceasta calatoreste la aceasta viteza foarte mare, pana cand interactioneaza cu si este absorbit de unele materiale. In durata sa de viata foarte scurt, fotoni se muta o cantitate mica de energie de la sursa la materialul de absorbtie.

Caracteristici fizice ale unui foton

Aici vom vedea scale pentru cele trei cantitatile care sunt prezentate in relatie cu diferite tipuri de radiatii.

Spectrul electromagnetic

Desi este posibil sa se caracterizeze orice radiatii de energie de fotoni, ei lungime de unda, sau de frecventa, practica comuna este de a folosi cantitati diferite pentru diferite tipuri de radiatii, asa cum sa discutat de mai jos.

Foton de energie

Din moment ce un foton este pur si simplu o unitate de energie, caracteristic acesteia cel mai important este cantitatea de energie care le contine. Energiile Photon sunt, de obicei specificate in unitati de electron-volti sau multipli adecvate.

In cazul in care diferitele tipuri de radiatii electromagnetice au fost comandate cu privire la energiile de fotoni, asa cum este aratat mai sus, scara ar arata spectrului electromagnetic. Aceasta este energia de fotoni individuale care determina tipul de radiatii electromagnetice: lumina, X-ray, semnale radio, etc

Un aspect important al energiei foton este faptul ca, in general, determina capacitatea penetrant a radiatiilor. Mai mici ale energiei x-ray fotoni sunt adesea denumite radiatii moale, in timp ce cele de la sfarsitul de energie mai mare-a spectrului de frecvente radio ar fi asa-numita radiatie greu. In cele mai multe situatii, de mare energie (greu) x-radiatii este mai patrunzatoare decat partea mai moale a spectrului de frecvente.

In cazul in care unitatile individuale de energie, fotoni sau particule, au energiile care depasesc de energie obligatorii de electroni in domeniu prin care trece radiatie, radiatie poate interactiona, disloce electroni, si ioniza materie.

Frecventa

Frecventa este o rata de vibratii sau oscilatie. Una dintre legile fizicii care se aplica la radiatii electromagnetice este faptul ca un foton de energie (E) si de frecventa (f) sunt direct proportionale, cu relatia fiind

E = hf.

In aceasta relatie, h este constanta lui Planck, care are o valoare de 6.625 x 10-27 ERG-a doua, si f este frecventa in hertzi (Hz, cicluri pe secunda).

Frecventa este cantitatea cel mai frecvent utilizata pentru a caracteriza radiatii la capatul inferior, sau pentru portiunea RF, a spectrului electromagnetic si include radiatiilor utilizate pentru radio si televiziune, comunicatii si de gatit cu microunde, si RMN. De exemplu, in IRM, protonii se emit semnale cu o frecventa de 42.58 MHz, atunci cand sunt plasate intr-un 1-Tesla camp magnetic. Desi, teoretic, X-radiatii are o frecventa de asociat, conceptul nu este niciodata folosit.

Minime de energie radiatia care poate produce ionizare variaza de la un material la altul, in functie de electroni specifice cu caracter obligatoriu energii. Electron de energie cu caracter obligatoriu este discutat in detaliu in Capitolul 4. Energii de ionizare pentru multe dintre elementele gasite in tesutul intervalul intre 5 eV si 20 eV. Prin urmare, toate radiatii cu energii care depasesc aceste valori sunt radiatiilor ionizante.

Cantitatile de energie Photon sunt in general folosite pentru a descrie radiatii cu energie foton relativ ridicat, cum ar fi raze X, gama, si a radiatiilor cosmice.

Lungimi de unda

Diverse fenomene fizice observate cu radiatii electromagnetice sugereaza faptul ca radiatia are proprietati wavelike anumite. O caracteristica a unui val este distanta dintre doua varfuri succesive, care este lungimea de unda (λ). Aceasta este, de asemenea, distanta radiatii avanseaza in timpul perioadei de o oscilatie. Lungimea de unda poate fi exprimat in orice unitate de lungime. De radio si de semnale de televiziune au lungimi de unda relativ lung, care sunt de obicei exprimata in metri. Pentru fotoni de energie mai mare, cum ar fi lumina si cu raze X, cu doua mai mici unitati de lungime sunt utilizate. Acestea sunt:

1 Angstrom unitate (a) = 10-10m

1 nanometri (nm) = 10-9m

Relatia dintre foton de energie si lungimea de unda este

E (keV) = 1.24 / λ (nm)

Aceasta relatie permite conversia energiei foton in lungime de unda si vice-versa. In unele literatura de specialitate, X-ray spectre de fotoni sunt date in materie de energie, mai degraba decat foton lungime de unda. Aceasta determina curba spectrului de frecvente radio de a avea un aspect cu totul diferit. Prin utilizarea relatia de mai sus, este posibil pentru a converti un spectru de un tip in celelalte. Deoarece lungimea de unda de energie si sunt legate invers, cel mai mare de energie pe spectrului de frecvente corespunde cel mai scurt lungime de unda.

Lungime de unda este cel mai frecvent folosit pentru a descrie lumina. La un moment dat a fost folosit pentru a descrie X-radiatii, dar aceasta practica este acum mai putin frecvente. Lungime de unda este adesea utilizat pentru a descrie de radio-tip de radiatie. Conditii generale de genul 'unde scurte' si 'cu microunde' se refera la caracteristicile lungimea de unda a radiatiilor.

ELECTRONI SI ENERGIE

Electronii sunt cele mai mici particule ce pot fi gasite in materie. Un electron are o masa de 9,1 x 10-28 g, ceea ce inseamna ca ar lua 10.9 x 1026 la electroni egala cu greutatea de 1 cm3 de apa. Problema ar putea fi ridicate de ce un astfel de particule mici pot fi la baza tehnologiei noastre moderne. Raspunsul este simplu - numere. Numar imens de electroni sunt implicate in majoritatea aplicatiilor. De exemplu, atunci cand un 100-watt bec este pornit, rasa electroni prin cablurile care transporta energie pentru a se la rata de 5,2 x 1018 electronii pe secunda. In plus fata de masa acestuia, fiecare electron care poarta o taxa de 1-unitate negativ electrice. Este responsabil de un electron care ii permite sa interactioneze cu electroni si alte particule in termen de atomi.

Tipuri de energie asociate cu electroni

Pentru ca un electron are atat in masa cat si de sarcina electrica, se poate dispune de mai multe tipuri de energie, asa cum se arata aici. Aceasta este capacitatea unui electron pentru a prelua, de transport, si sa renunte la energie care face acest lucru este util in sistemul x-ray.

 
Masa de repaus de energie

Chiar si atunci cand un electron este in repaus si nu are nici o miscare aparent, ea inca mai are energie. De fapt, in conformitate cu legile fizicii, un obiect are unele de energie doar din cauza masei sale. In anumite conditii, de masa pot fi convertite in energie si invers. Einstein's ecuatia celebru

E = MC2

prezice cantitatea de energie care ar putea fi obtinut in cazul in care un obiect cu o masa, m, au fost complet convertit. In aceasta relatie, c este viteza luminii. Desi nu este posibila cu tehnologia noastra actuala pentru a converti cele mai multe obiecte in energie, anumite materiale radioactive emit particule, numite pozitroni, care poate anihila electroni. Atunci cand se intampla acest lucru, masa electronului in intregime este convertita in energie. In conformitate cu relatia lui Einstein, fiecare electron va randament 510 keV. Aceasta energie apare ca un foton. Anihilare de pozitroni si electroni este baza pentru tomografie cu emisie de pozitroni (PET).

Energiei cinetice

Energia cinetica este asociata cu miscare. Acesta este tipul de energie pe care un autoturism in miscare sau de baseball-a. Cand electronii sunt in miscare, au de asemenea energie cinetica.

     In general, cantitatea de energie cinetica a unui obiect este legata de masa si viteza. Pentru obiectele mari, cum ar fi mingi de baseball si masini, energia este proportionala cu masa de obiectul si patratul vitezei. Dublarea viteza de un astfel de obiect energia cinetica creste cu un factor de 4. In multe situatii, electronii de calatorie cu viteze extrem de ridicate ca abordarea viteza luminii. La aceste viteze mari, relatia simpla intre energie si viteza de mai sus nu detine. Una dintre teoriile de state relativitatii ca masa a unui obiect, cum ar fi un electron, modificari la viteze mari. Prin urmare, relatia dintre energie si viteza devine complexe. Electroni in interiorul tubului cu raze X-tipic poate avea energii de peste 100 keV si pot calatori cu viteze de mai mult de o jumatate din viteza luminii.

Potential de energie

Energia potentiala este tipul de energie posedat de un obiect datorita locatiei sale sau de configurare si este, in esenta, o cantitate relativ. Aceasta este, un obiect va avea de energie mai mult sau mai putin intr-o singura locatie sau de configurare decat in altul. Desi nu exista, in general, o pozitie de zero absolut de energie potentiala, anumite locatii sunt adesea desemnate ca fiind zero-nivelul de energie pentru referinta.

Electronii pot avea doua forme de energie potentiala. Un formular este in legatura cu locatia in termen de un circuit electric, iar cealalta este in legatura cu locatia in termen de un atom. Un aspect important al electroni de energie potentiala este ca sursa de energie de la unele este necesar pentru a ridica un electron la un nivel mai ridicat de energie, si ca un electron renunta energetic, atunci cand acesta nu adera la o pozitie mai joasa potential energetic.

Energy Exchange
  Deoarece electronii sunt prea mici pentru a vedea, este uneori dificil de a vizualiza ceea ce se intelege prin diferite tipuri de energie de electroni. Luati in considerare de piatra prezentat aici, le vom folosi pentru a demonstra diferitele tipuri de energie care se aplica si electroni.

Transferul de energie de la o forma la alta

Potential de energie este, in general, o cantitate relativ. In aceasta imagine, la nivelul solului este in mod arbitrar desemnat ca pozitia zero de energie potentiala. Cand piatra se ridica deasupra solului, este la un nivel mai ridicat de energie. In cazul in care piatra este plasat intr-o gaura de mai jos suprafata, energia sa potentiala este negativ in ceea ce priveste nivelul solului. Cu toate acestea, energia sa este in continuare pozitiva cu privire la o pozitie in partea de jos a o gaura mai profunda. Piatra de la pozitia A are potentialul de energie zero (relativ vorbind), energie zero pentru ca nu este in miscare, si o odihna de masa-energie proportionala cu masa sa. (Restul de energie masa de o piatra este de nici un folos practic si nu este discutat mai departe.) Cand omul ridica piatra si se ridica la pozitia B, el creste potentialul sau de energie cu privire la pozitia A. energie acumulata de piatra vine de la om. (Ne arata mai tarziu ca electronii pot fi ridicate la niveluri mai mari potentiale de energie cu ajutorul unor dispozitive numite surse de alimentare.) Suplimentara de energie potentiala posedate de piatra de la B poate fi folosit pentru locul de munca sau pot fi convertite in alte forme de energie. In cazul in piatra au fost conectate la un aranjament simplu scripete si lasat sa cada inapoi la pamant, s-ar putea efectua munca prin ridicarea unui obiect fixate la celalalt capat al corzii.

In cazul in care omul Comunicate de piatra de la B si ii permite sa se retraga la pamant, energia sa este convertita in energie cinetica. Dupa cum piatra se misca in jos, in scadere de energie potentialul sau, care este proportionala cu distanta de la sol, este in mod constant creste viteza sa si a energiei cinetice. Chiar inainte de a hit-uri la sol, energia cinetica acumulata nou va fi doar egal cu energia potentiala furnizate de catre om. (Electroni supuse unui proces similar in termen de Tuburi cu raze X in cazul in care swap potential pentru a energiei cinetice.) La fel cum piatra ajunge la suprafata solului, ea va avea mai multa energie decat atunci cand a fost de repaus la pozitia A. Cu toate acestea, atunci cand este vorba sa se odihneasca pe teren, la D, nivelul sau de energie este aceeasi ca la A. plus de energie furnizata initial de catre om trebuie sa fie contabilizate. In aceasta situatie, aceasta energie este convertita in alte forme, cum ar fi sunete, o cantitate mica de caldura si energie mecanica, folosite pentru a modifica forma de la sol. Cand de mare viteza electronii se ciocnesc cu anumite materiale, de asemenea, ele pierd energie cinetica; lor de energie este transformata in caldura si de X-radiatii.

Transfer de energie
Una dintre functiile majore de electroni este de a de transport de energie de la o locatie la alta. Am vazut doar ca electronii individ poate poseda mai multe forme de energie. Principiul de transport de energie electrica este faptul ca electronii ridica de energie intr-o singura locatie si apoi trece la un alt in cazul in care trec de energie pe la unele alte materiale. In general, aranjament este de asa natura incat electronii apoi se mute inapoi la sursa de energie si repetati procesul.

Electronii cale de calatorie in care transferul de energie de la un punct la altul este un circuit. Un circuit electric de baza este afisata aici. Toate circuitele trebuie sa contina cel putin doua componente (sau prin dispozitive), asa cum se arata. Unul dintre componente, desemnat aici ca sursa, poate converti energia de la o alta forma de transfer si-l la electronii. Bateriile sunt exemple bune de surse de energie de electroni. Cealalta componenta, desemnata aici ca o sarcina, in esenta, indeplineste functia de opus. In ceea ce electronii trec prin dispozitivul de ele pierd energie acestora, astfel cum aceasta este convertita in alta forma; un bec este un bun exemplu de o sarcina, in care energia este convertita in lumina si caldura.

Un exemplu de circuit electric simplu

   Sursa de energie si de sarcina sunt conectate cu doua conductoare pe care electronii se pot misca liber. Conductor ideal nu ofera rezistenta la fluxul de electroni. In cazul in care dirijor ofera rezistenta semnificativa, electronii pierde o parte din energia lor acolo. Energia a pierdut este transformata in caldura. Circuite electrice sa nu creeze nici distruge electroni. Electronii sunt mereu prezenta in materiale conductoare. Energia este dat si a luat de la electronii cum se misca in jurul circuitului.

De energie transportate de electroni este o forma de energie potentiala. Chiar daca electronii sunt in miscare prin intermediul dirijori, viteza lor nu este suficienta pentru a le oferi semnificative de energie cinetica. Cand electronii sunt in miscare prin spatiu liber, acestea pot transporta semnificative de energie cinetica, dar ei nu pot, atunci cand sunt in miscare prin intermediul conductoare solide. In circuitul electric tipic, un dirijor are mai mari potentiale de energie decat un alt conductor. In principiu, sursa de energie ridica electronii la nivel mai ridicat potential de energie pe care le mentina pana cand sa renunte la energia in care trece prin dispozitivul de incarcare. Electroni, la intoarcerea de nivel inferior potentialul de a sursa de energie pentru a repeta procesul.

    Punctele de conexiune (terminale) intre sursa si dispozitivele de incarcare si conductorii sunt desemnate ca fiind pozitive sau negative. Electroni iesire sursa de la terminalul negativ si introduceti terminalul negativ al sarcinii. Ei apoi iesiti din borna pozitiva a dispozitivului de sarcina si introduceti sursa de la borna pozitiva. In principiu, dirijor negativ contine electroni la nivel inalt de energie potentiala. Dirijor pozitiv contine electronii care si-au pierdut lor de energie si se intorc la sursa. In curent continuu (DC) circuite polaritatea nu se schimba. Cu toate acestea, in curent alternativ (AC) circuite polaritatea conductoarelor este alternativ, in mod constant intre negative si pozitive.

MARIMI ELECTRICE

Fiecare de electroni care trece prin circuitul de poarta o cantitate foarte mica de energie. Cu toate acestea, printr-un efort colectiv, electronii poate transporta o cantitate imensa de energie. Cantitatea de energie transferata de catre un circuit electric depinde de cantitatea de electroni si de energie transportate de catre fiecare. Avem acum in considerare aceste cantitati specifice electrice si unitatile lor asociate.

 
Curentul electric

Atunci cand un circuit electric este in functiune, electronii sunt in miscare in mod continuu sau care curge prin intermediul conductorului.

Curentul electric si sarcina electrica

Numarul de electroni care trec printr-un punct dat pe secunda este denumit in continuare current electric. Deoarece, intr-un circuit tipic, numarul de electroni pe secunda este destul de mare, o unitate mai utila decat acest numar este de dorit. Unitatea de baza a curentului este de amperi (A). Un amper este definit ca fluxul de 6.25 x 1018 electroni pe secunda. In Masini de raze x, curentul este de obicei o fractiune de 1 A, si miliamper (mA) este o unitate mai adecvata. Dupa cum se arata aici, un curent de 1 mA este egal cu fluxul de 6.25 x 1015 electroni pe secunda trecut un punct dat. Curent care curge printr-un tub cu raze x-se, in general, denumita in continuare MA '.' Atunci cand este utilizat pentru a intelege cantitatea, este scris ca MA. Cand este utilizat ca unitate, miliamper, este scris ca mA.

 
Cantitatea de elctroni si sarcina electrica

In plus fata de rata la care electronii curg printr-un circuit (adica curentul electric), este adesea necesar sa se cunoasca cantitatea totala intr-o anumita perioada de timp. In X-ray de lucru unitatea cea mai potrivita pentru specificarea cantitatii de electroni este miliamper-al doilea (Mas). Cantitatea totala de electroni care trece un punct (MAS) este produsul curent (MA), precum si timpul in secunde (S). Din moment ce un curent de l mA este un flux de electroni pe secunda, rezulta ca 1 ms este un grup de 6.25 x 1015 electroni, dupa cum se arata mai sus.

Ar trebui reamintit faptul ca toate electronii transporta o sarcina negativa electrica de aceeasi marime. In unele situatii in care cantitatea de electroni s-ar putea fi specificate in ceea ce priveste suma totala electrice. In cazul in care electronii suplimentar, se adauga la un obiect, se spune ca a dobandit o sarcina negativa. Cu toate acestea, in cazul in care unele dintre electroni libere sunt scoase dintr-un obiect, o sarcina pozitiva este creat. In ambele cazuri, suma totala pe obiect este direct proportionala cu numarul de electroni mutat. In general vorbind, taxa este un mod de a descrie o cantitate de electroni. Unitatea de baza de taxe este de Coulomb (C), care este echivalenta cu suma totala de 6.26 x 1018 electroni; 1 C este echivalenta cu 1000 mas.

Tensiunea
    Am subliniat mai devreme ca electronii ar putea exista la diferite niveluri de energie potentiala, din cauza uneia dintre pozitiile lor diferite in cadrul atom sau locatii diferite ale acestora in cadrul unui circuit electric. Luati in considerare cele doua cabluri sau conductoare aratata aici.

Energiea de potential a electronilor sau tensiune

Electronii continuti intr-unul din conductorii sunt la un nivel superior de energie potentiala decat electroni in cealalta. In general, electronii in dirijor negative sunt considerate a fi la un nivel mai ridicat de energie. O cantitate electrice care indica faptul ca diferenta de electroni energie potentiala intre doua puncte intr-un circuit este de tensiune, sau diferenta de potential, sugerand o diferenta in energie potentiala. Unitatea de masura folosita pentru tensiune, sau de diferenta de potential, este Volt. Diferenta de electroni energie potentiala intre doi conductori este direct proportionala cu tensiunea. Fiecare de electroni va avea o diferenta de energie de 1 eV pentru fiecare volt. Aceasta este cantitatea de energie pe care o castiguri de electroni sau pierde, in functie de directie, atunci cand se misca intre doua puncte intr-un circuit care sunt de la 1 V, cu exceptia. In circuitul de baza x-ray masina de tensiune este de ordinul a mii de volti (kilovolts) si este adesea mentionata ca KV. Atunci cand este utilizat pentru a intelege cantitatea, de tensiune sau potential, este scris kV sau KVP. Cand este utilizat ca unitate, este scris ca kV sau KVP.

 
Puterea electrica

Puterea este cantitatea care descrie rata la care energia este transferat. Watt este unitatea de putere si este echivalenta cu o rata de transfer de energie de 1 J / secunda. De putere intr-un circuit electric este proportionala cu energie transportate de catre fiecare electron (tensiune) si rata de fluxul de electroni (actual). Relatie specifica este

Power (Watts) = Tensiune (V) x curent (amperi).

 
Energia totala

Cantitatea de energie pe care o transferurile electrice circuit depinde de tensiune, curent, precum si durata (timp) de transfer de energie. Unitatea fundamentala a energiei este Joule. Relatia de energie totala transferate catre celelalte marimi electrice este

Energie (jouli) = Tensiune (V) x curent (amperi) x Timp (secunde).

 
     X-RAY CIRCUIT

Circuitul de baza prezentate aici se gaseste in toate masinile x-ray.

Circuit de raze X

  Alimentarea cu energie electrica care da energie pentru electroni si pompe-le prin circuit este discutat intr-un capitol mai tarziu. Tensiune intre cele doua conductoare in circuitul x-ray este, in general in intervalul de 30.000 V la 120,000 V (30 kV la 120 kV) si, in acest radiologie kilovoltage este, in general reglabile si o valoare corespunzatoare poate fi selectat de catre operatorul echipament cu raze X.

In acest circuit, x-ray este tubul de incarcare. Acesta este locul unde electronii pierd energie lor. Energia pierduta de electroni in care trece printr-un tub cu raze x-este transformata in caldura si energie x-ray.

 
     Curentul alternative

In unele circuite electrice, tensiune si curent raman constante cu privire la timp, si mereu actuale fluxurile in aceeasi directie. Acestea sunt, in general, desemnate ca fiind de curent (DC) circuite. O baterie este un exemplu de o sursa de alimentare care produce un curent directa.

Unele surse de alimentare, cu toate acestea, tensiunile care produc in mod constant schimba cu timpul. Deoarece, in cele mai multe circuite, curent este mai mult sau mai putin proportional cu tensiune, aceasta, de asemenea, modificarile de valoare. In cele mai multe circuite de acest tip, tensiune periodic schimbari polaritate si modificarile curente sau supleantii directia fluxului. Acesta este un curent alternativ (AC) circuit. Distribuite de energie electrica de catre companiile de electricitate este de curent alternativ. Exista anumite avantaje la AC in acest transformatoare pot fi folosite pentru intensificarea tensiuni de sus sau in jos, si motoare de multe sunt concepute pentru functionare de curent alternativ.

In cazul in care un grafic al valorilor instantanee fie AC tensiune sau curent este reprezentata grafic in ceea ce priveste timpul, acesta va fi, in general, similar cu cel prezentat aici. Aceasta reprezentare a tensiune in functie de timp este cunoscut ca forma de unda. Cele mai multe surse de curent alternativ a produce tensiuni cu sine-unda val asa cum se arata aici. Acest nume este derivat din descrierea matematica a formei sale.

Forma de unda a unei tensiuni alternative

O caracteristica a unei tensiuni alternative este frecventa acesteia. Frecventa este rata la care variatiilor de tensiune printr-un ciclu complet. Timp de un ciclu complet este perioadei; frecventa este reciproca a perioadei. De exemplu, distribuite de energie electrica in Statele Unite trece printr-un ciclu complet in 0.0166 secunde si are o frecventa de 60 de cicluri pe secunda. Unitatea de masura pentru frecventa este Hertz, care este de 1 ciclu pe secunda.

    In timpul ciclului de o tensiune, tensiunea de schimbari continuu. Putin doua ori pe parcursul perioadei de ce ajunge un varf, dar ramane acolo pentru un timp foarte scurt. Acest lucru inseamna ca, pentru cea mai mare parte din perioada Tensiunea de circuit este mai mica decat valoarea de varf. In scopul de energie si de calcule de putere, o valoare efectiva de tensiune, mai degraba decat valoarea de varf, ar trebui sa fie utilizate. Pentru sine-tensiune val, valoarea efectiva este de 70,7% (0.707), din tensiunea de varf. Acesta este factorul de forma de unda, precum si valoarea sa depinde de forma de unda de tensiune.