El generador es el sistema que proporciona la adecuada energía al tubo de rayos x.
La red eléctrica proporciona una corriente monofásica de 220 V y 50 Hz. La corriente alterna fluye en pulsos y tiene una variación continua de voltaje. Invierte su polaridad, de positivo a negativo, a intervalos regulares, con una frecuencia de 50 ciclos cada según. Es monofásica porque en un momento dado tiene un valor determinado.
El tubo de rayos x requiere energía eléctrica para dos propósitos:
• desprender, por incandescencia, electrones del filamento catódico.
• acelerar los electrones del cátodo al ánodo.
El generador tiene un circuito para cada una de estas funciones, el circuito del filamento y el circuito de alto voltaje. Además, tiene un tercer circuito que regula el tiempo de exposición. Los tres circuitos están interrelacionados y el técnico puede acceder a ellos mediante la mesa de control.
El generador está protegido en el interior de una gran caja metálica sellada y repleta con aceite. Contiene:
• el auto transformador.
• el transformador de bajo voltaje para el circuito del filamento.
• el transformador de alto voltaje para el circuito cátodo-ánodo.
• los rectificadores para el circuito de alto voltaje.
De forma general el transformador reduce o aumenta el voltaje de la corriente alterna y el rectificador cambia la corriente alterna en corriente continua.
El generador de rayos x contiene dos tipos de transformadores:
• El transformador de alto voltaje que transforma la corriente de red en corriente de alto voltaje (de 220 V a 150.000 V).
• El transformador de bajo voltaje que transforma la corriente de red en corriente de bajo voltaje (de 220 V a 10 V).
Un transformador es un núcleo de hierro que lleva dos bobinados.
• El primario, por donde entra la corriente
• Secundario, por donde sale la corriente.
Se denomina relación de transformación a la relación que guardan los números de espira del primario y del secundario. El voltaje de los dos circuitos es proporcional al número de espiras del bobinado primario y secundario.
El kVp que se aplica al tubo de rayos x debe tener un amplio rango de valores, por ejemplo entre 40 y 150 kVp. El método más conveniente para conseguir este amplio rango en el secundario del transformador de alta tensión es variar el voltaje aplicado al primario. Este voltaje primario variable lo suministra el autotransformador.
A diferencia de los transformadores de alta y baja, el autotransformador tiene un único bobinado, y se rige por el principio de la autoinducción.
El selector del kilovoltaje es un conmutador que selecciona diferentes número de espiras y, por tanto, diferentes voltaje para el primario del transformador de alta. Cada voltaje elegido dará por resultado un determinado kilovoltio en el circuito de alta. El auto transformador proporcionas:
• Un voltaje de unos 100 V al primario del circuito del filamento.
• Voltajes variables al primario del transformador de alta.
• El adecuado voltaje a otros circuitos.
• La conveniente colocación del voltímetro que indica el kilovoltio aplicado al tubo de rayos x durante una exposición
EL CIRCUITO DEL FILAMENTO:
Este circuito regula el flujo de corriente a través del filamento del tubo de rayos x. Constante de una resistencia variable y de un transformador de baja.
El voltaje para el primario del transformador de baja se obtiene del autotransformador.
La intensidad de corriente que fluye por este circuito puede variarse por medio de una resistencia (ley de Ohm: intensidad = voltaje/resistencia - cuanto menor resistencia mayor intensidad-)
Como la intensidad de la corriente que calienta el filamento determina el valor del mA, en el circuito de alta tensión, puede considerarse que la resistencia variable es el selector del mA.
El primario del transformador de bajo voltaje tiene unas 10 veces más espira que el secundario; de esta manera reduce el voltaje unas 10 veces. El filamento se conecta directamente al secundario del transformador.
El circuito de alto voltaje entre cátodo y ánodo:
El autotransformador proporciona voltajes variables al primario del transformador de alta por lo que es realmente el selector del kilovoltio en la mesa de control.
El transformador de alto voltaje tiene muchas más espiras en el secundario que en el primario: unas 600 veces más, ya que en ciertos casos, debe ser capaz de aumentar el voltaje entre 220 V y 150.000 V.
La rectificación es el proceso de convertir la corriente alterna en corriente casi continua.
El transformador de alto voltaje proporciona corriente alterna de alto voltaje. La manera más simple de utilizar este alto voltaje es conectar directamente el tubo de rayos x al secundario del transformador de alta. En la mitad del ciclo, cuando el cátodo es negativo respecto al ánodo, se generan los rayos x. En la otra mitad del ciclo, con cátodo positivo y ánodo negativo, no se generan rayos x. Sólo la mitad superior de cada ciclo eléctrico se aprovecha para la producción de los rayos.
El propio tubo actúa como un rectificador (circuito autorectificado) esta situación tiene dos desventajas:
• Sólo se utiliza un pulso de cada ciclo, de forma que el tiempo de exposición tendrá que ser el doble que si se utilizara el ciclo completo.
• El ánodo podría convertirse en emisor de electrones, por sobrecalentamiento tras repetidas y prolongadas exposiciones, y producir una corriente de electrones durante el pulso inverso del ciclo, corriente que bombardearía el filamento con el peligro de destruirlo.
Los rectificadores se incorporan al circuito de alto voltaje para proteger el tubo y para aprovechar eficientemente la corriente de alto voltaje.
Rectificación de los generadores monofásicos:
Una corriente alterna es pulsátil, con una variación continua de su voltaje y que su dirección se invierte a intervalos regulares: 50 veces cada segundo.
Para obtener una corriente pulsátil unidireccional puede suprimirse la onda negativa (corriente rectificada a media onda) o bien, invertir la dirección de la corriente sólo durante el tiempo que dure la onda negativa (corriente rectificada de onda completa) el circuito de rectificación a media onda se obtiene con dos rectificadoras conectados en serie con el tubo de rayos x. Cuando la corriente fluye del cátodo al ánodo los rectificadores permiten su paso y cuando se invierte el voltaje durante la segunda mitad del ciclo, los rectificadores impiden el paso de la corriente. La única ventaja que se obtiene sobre el circuito autorectificado es que se protege el tubo de rayos x.
Lo más interesante es el tipo de corriente de alto voltaje que llega al tubo con los transformadores trifásicos. Hay tres formas de corriente:
• La obtenida con un generador monofásico con rectificación a onda completa: 2 pulsos cada 1/50 segundos, es decir cada 20 ms, que es la duración de un ciclo.
• La obtenida con un generador trifásico de seis pulsos.
• La obtenida con un generador trifásico de 12 pulsos
El factor onda es la variación del voltaje respecto al máximo valor.
En un generador monofásico es del 100%, ya que la variación es desde cero hasta el kilovoltio pico. En un generador trifásico de 6 pulsos, con factor de onda del 13,5%, cuando se selecciona, por ejemplo 100 kVp, la corriente fluctúa entre 15,5 y 100 kV. El trifásico de 12 pulsos fluctuará entre 96,5 y 100 kV.
El generador de alta frecuencia:
Es un generador especial que produce un voltaje casi constante para el tubo de rayos x.
Representa un concepto de generador diferente a lo generadores trifásico. Su elemento original es un rectificador-convertidor que transforma una corriente alterna monofásica o trifásica con una frecuencia de 50 Hz, en una corriente alterna con una frecuencia muy superior, entre los 5000 y los 6000 Hz.
Primero la corriente de red es rectificada y filtrada. A continuación, el rectificador- convertidor la convierte en una corriente alterna de alta frecuencia. Se eleva su voltaje en el transformador de alto voltaje. Se rectifica y se filtra de nuevo para suministrar al tubo de rayos x una corriente casi continua. El interruptor de la exposición está colocado en el bloqueo del rectificador-convertidor.
También por medio de un regulador se ajusta el kilovoltio real al kilovoltio seleccionado por el técnico.
El circuito de filamento es independiente del circuito de alto voltaje cátodo-ánodo. Consta de un rectificador, un filtro, un rectificador-convertidor y un transformador de bajo voltaje. Asimismo posee un regulador que ajusta el mA real con el mA seleccionado.
La principal ventaja del generador de alta frecuencia es proporcionar una corriente de voltaje casi constante. Otra ventaja añadida es que el generador de alta frecuencia precisa de un tanque muy pequeño, por lo que su emplazamiento requiere poco espacio.
Potencia de un generador
La potencia en kilovatios de un generador trifásico se calcula por la fórmula:
kW = kV x mA/1000
La fórmula es la misma que la de la potencia del tubo de rayos x. En el tubo de rayos x se hacía referencia a la carga máxima permisible para evitar que se fundiera; en el generador se refiere a la máxima carga que puede soportar el secundario del transformador de alta.
Por ejemplo un generador trifásico que con 100 kV puede operar a 500 mA, tendrá una potencia de 50 kW.
Hay que saber valorar la potencia de un generador trifásico, que puede proporcionar 150 kV picos y 1000 mA.
Generador de carga decreciente
Está concebido para producir rayos x en el menor tiempo posible operando a la máxima potencia del tubo, durante todo el tiempo que dure la exposición.
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