ECHANISM OF X RAY PRODUCTION

 जब fast moving electron आकर टारगेट सतह पर टकराते हैं तो xray, energy conversation से उत्पन्न होती हैं | इसमें इलेक्ट्रान की गतिज ऊर्जा का xray रेडिएशन के रूप में रूपांतरण होता हैं | अगर किसी V वोल्टेज के क्षेत्र को इलेक्ट्रान पार करता हैं  तो उसकी गतिज ऊर्जा (E) होगी-

E = hv 

                 यहाँ इलेक्ट्रान का चार्ज एक नियत राशि हैं अतः इलेक्ट्रान की K.E., Xray Tube के किनारे पर लगाए गए voltage को बढ़ाने से घटती जाती हैं |E, KE के  एक इलेक्ट्रान के टारगेट सतह से टकराने पर दो अलग अलग process से xray उत्पन्न होती हैं | 

पहली process में fast moving इलेक्ट्रान, Tungsten Atom के Nucleus के साथ Reaction करता हैं | इस process से उत्पन्न होने वाली xrays, General Radiation या Bremsstrahlung कहलाता हैं | दूसरी प्रोसेस मैं High speed electron तथा Tungsten target के atom के inner shell के electron के मध्य collision (टक्कर) होती हैं, जिससे उत्पन्न x ray को Characteristic Radiation कहते हैं | 

General Radiation or Bremsstrahlung

             जब एक electron, Tungsten atom के nucleus के पास से गुजरता हैं तो tungsten atom का positive charge electron के negative charge से रिएक्शन करता हैं | इलेक्ट्रान विपरीत आवेश होने के कारन nucleus की तरफ attract होता हैं जिससे वह अपने original direction से deflect हो जाता हैं | इलेक्ट्रान की इस attraction से speed कम हो जाती हैं, तथा direction भी चेंज हो जाती हैं | इलेक्ट्रान की KE में होने वाला यह loss तुरंत ही एक रेडिएशन फोटोन के रूप में उत्सर्जित कर दिया जाता हैं |

          इस process के द्वारा उत्पन्न रेडिएशन General Radiation या Bremsstrahlung कहलाता हैं | Bremsstrahlung एक German word हैं जिसका अर्थ Braking Radiation होता हैं | एक electron रुकने से पहले टारगेट के कई एटम्स से टक्कर करता हैं तथा उन एटम्स को अपनी एनर्जी देता हैं | इलेक्ट्रान हर brake के दौरान अपनी एनर्जी का केवल एक भाग ही देता हैं | अतः उत्पन्न एनर्जी पैटर्न में बहुत सारी अलग अलग एनर्जी के फोटोन होते हैं | कभी कभी इलेक्ट्रान nucleus के साथ direct head-on position में टक्कर करता हैं, जिससे इलेक्ट्रान की सारी एनर्जी एक single photon  रूप में emit हो जाती हैं | इस प्रकार से उत्पन्न रेडिएशन में अधिकांशतया बहुत कम एनर्जी  के फोटोन होते हैं, तथा ये low energy photon ऊष्मा में परिवर्तित हो जाते हैं | केवल कुछ ही फोटोन xray range में होते हैं तथा 99 % फोटोन ऊष्मा के रूप में परिवर्तित हो जाते हैं |

Characteristic Radiation

          जब Fast moving electron Tungsten target के inner shell इलेक्ट्रान से collision करता हैं तो Characteristic Radiation उत्पन्न होता हैं | Tungsten target atom से एक इलेक्ट्रान निकलने से atom एक पॉजिटिव आयन बन जाता हैं तथा एटम  पॉजिटिव चार्ज आधिक्य में होता हैं | इस vacancy को भरने के लिए outer shell electron, inner shell में छलांग लगाते हैं, तथा दोनों shell की binding energy रेडिएशन के रूप में उत्सर्जित हो जाता हैं | अगर यह vacancy tungsten atom के inner shell जैसे K-shell में हो तो उत्पन्न रेडिएशन xray range में होती हैं | इस तरीके से उत्पन्न xrays characteristic xrays कहलाती हैं क्योकि produced एक्सरे की wavelength उस एटम के लिए characteristic (अभिलाक्षणिक) होती हैं |

Tungsten के K-Shell की बंधन ऊर्जा 70 keV होती हैं अतः एक cathode electron के पास न्यूनतम 70 keV ऊर्जा होनी चाहिए ताकि वो टंगस्टन के  K-Shell से इलेक्ट्रान eject कर सके |  60  keV के इलेक्ट्रान टंगस्टन एटम से इलेक्ट्रान इजेक्ट नहीं कर सकते हैं क्योकि उनके पास टंगस्टन के K-Shell के बंधन ऊर्जा जितनी ऊर्जा नहीं होती की वो वहा से इलेक्ट्रान बाहर निकल सके |  Tungesten atom के L-Shell की बंधन ऊर्जा 11 keV होती हैं | यदि K-Shell इलेक्ट्रान की vacancy पूरी करने  L-Shell से इलेक्ट्रान आता है तो 59 keV ऊर्जा का एक्सरे फोटोन उत्सर्जित होता हैं जो की K व L-Shell की बंधन ऊर्जा का अंतर होता हैं | (70 keV- 11 keV= 59 keV) 

टंगस्टन के लिए इस एक्सरे फोटोन के लिए एनर्जी सदैव एक जैसी होती हैं चाहे वो कोई भी टंगस्टन एटम से निकले | इसलिए एक्सरे फोटोन की एनर्जी K-Shell के लिए characteristic (अभिलाक्षणिक) होती हैं | टंगस्टन एटम में K-Shell के अलावा बाकि सब Shell के लिए एक से ज्यादा बंधन ऊर्जा होती हैं |

L-Shell से K-Shell transition में α1 =59.3keV तथा α2  =57.9keV characteristic xray उत्पन्न होती हैं | β1  (67.2keV)  M-Shell से K-Shell में व β2 (69 .0keV) N-Shell से K-Shell में ट्रांजीशन के दौरान characteristic xray उत्पन्न होती हैं |

70 kVp से नीचे टंगस्टन टारगेट एक्सरे ट्यूब मैं कोई characteristic radiation नहीं होता हैं | 80 kVp से 150 kVp के मध्य 10% से  28 % तक characteristic radiation होता हैं | 150 kVp से ऊपर characteristic radiation का contribution घटता चला जाता हैं | 300 kVp के ऊपर characteristic radiation नगण्य होता हैं |