מהי שפופרת רנטגן?

שפופרות רנטגן הן דיודות ואקום הפועלות במתחים גבוהים.
שפופרת רנטגן מורכבת משתי אלקטרודות, אנודה וקתודה, המשמשות להפצצת אלקטרונים על המטרה ולפלטת אלקטרונים על ידי הפילמנט, בהתאמה. שני הקטבים אטומים במארזי זכוכית או קרמיקה בוואקום גבוה.

מדור ספק הכוח של שפופרת הרנטגן מכיל לפחות ספק כוח במתח נמוך לחימום הלהט ומחולל מתח גבוה להפעלת מתח גבוה על שני הקטבים. כאשר חוט טונגסטן מעביר מספיק זרם כדי ליצור ענן אלקטרונים, ומספיק מתח (בסדר גודל של קילו-וולט) מופעל בין האנודה לקתודה, ענן האלקטרונים נמשך לכיוון האנודה. בשלב זה, האלקטרונים פוגעים במטרה בטונגסטן במצב של אנרגיה גבוהה ומהירות גבוהה. האלקטרונים המהירים מגיעים לפני השטח של המטרה, ותנועתם נחסמת לפתע. חלק קטן מהאנרגיה הקינטית שלהם מומר לאנרגיית קרינה ומשתחרר בצורת קרני רנטגן. הקרינה הנוצרת בצורה זו נקראת bremsstrahlung.

שינוי זרם הפילמנט יכול לשנות את טמפרטורת הפילמנט ואת כמות האלקטרונים הנפלטים, ובכך לשנות את זרם השפופרת ואת עוצמת קרני הרנטגן. שינוי פוטנציאל העירור של שפופרת הרנטגן או בחירת מטרה אחרת יכולים לשנות את אנרגיית קרני הרנטגן הפוגעות או את העוצמה באנרגיות שונות. עקב הפגזת אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה, שפופרת הרנטגן פועלת בטמפרטורה גבוהה, דבר הדורש קירור מאולץ של מטרת האנודה.

למרות שיעילות האנרגיה של שפופרות רנטגן לייצור קרני רנטגן נמוכה מאוד, כיום, שפופרות רנטגן הן עדיין המכשירים המעשיים ביותר ליצירת קרני רנטגן ונמצאות בשימוש נרחב במכשירי רנטגן. כיום, יישומים רפואיים מחולקים בעיקר לשפופרות רנטגן לאבחון ולשפופרות רנטגן טיפוליות.