نسخة الفيديو النصية
يوضح الشكل أنبوب كولدج المستخدم لتوليد الأشعة السينية. أي من فرقي الجهد 𝑉 واحد و 𝑉 اثنين يمكن أن يكون له قيمة أكبر؟ (أ) 𝑉 واحد، (ب) 𝑉 اثنان، (ج) كل من فرقي الجهد يمكن أن يكون له قيمة أكبر، (د) كل من فرقي الجهد له القيمة نفسها.
لنبدأ بإلقاء نظرة على فرق الجهد 𝑉 واحد. 𝑉 واحد مسئول عن إحداث فرق في شحنات المكونات الموجودة داخل أنبوب كولدج، وهي ملف المهبط سالب الشحنة وهدف المصعد موجب الشحنة. يؤدي هذا الفرق في الشحنات إلى تسارع حركة الإلكترونات من ملف المهبط نحو هدف المصعد. وعندما يصطدم إلكترون بالهدف، ينبعث أحد فوتونات الأشعة السينية. ويعتمد مدى تسارع هذه الإلكترونات عبر الأنبوب على فرق الجهد 𝑉 واحد؛ ولذلك عادة ما نطلق على 𝑉 واحد فرق جهد التسارع؛ لأنه يحدد مدى تسارع هذه الإلكترونات.
من الناحية الأخرى، فإن 𝑉 اثنين يولد فقط فرق الجهد عبر ملف المهبط. والهدف من وجوده ليس زيادة تسارع الإلكترونات مثل 𝑉 واحد، ولكن تزويد ملف المهبط بالطاقة. وسبب ذلك هو أنه عند تزويد ملف المهبط بالطاقة، فإنه يبدأ في السخونة إلى درجات حرارة عالية جدًّا ويبدأ عملية تسمى الانبعاث بالتأين الحراري، وفيها تبدأ الإلكترونات الموجودة في ملف المهبط في الهروب. ولهذا السبب، عادة ما يسمى فرق الجهد 𝑉 اثنين فرق الجهد الأيوني الحراري؛ لأنه مسئول عن انبعاث الإلكترونات من ملف المهبط بالتأين الحراري.
الآن بعد أن عرفنا استخدامات كل من 𝑉 واحد و𝑉 اثنين، دعونا نلق نظرة على قيمتيهما المعتادتين. 𝑉 واحد هو المسئول عن تسارع الإلكترونات في أنبوب كولدج؛ مما يعني أنه كلما ارتفع 𝑉 واحد زادت سرعة الإلكترونات، وهو ما يعني أيضًا انبعاث فوتونات أشعة سينية ذات طاقة أعلى. إن سبب استخدام أنبوب كولدج هو أننا نريد توليد فوتونات الأشعة السينية عالية الطاقة هذه، وهذا يعني أننا نريد أن يكون فرق الجهد مرتفعًا، بل شديد الارتفاع، بحيث يصل عادة إلى الآلاف أو عشرات الآلاف من الفولتات.
وبالنسبة إلى 𝑉 اثنين، فنحن نعلم أنه يوفر الطاقة وحسب لملف المهبط. ويؤدي ارتفاع فرق الجهد الأيوني الحراري إلى هروب عدد أكبر من الإلكترونات من الملف. ولكننا في الواقع، لا نحتاج في معظم الأحيان إلى كل هذا العدد الكبير من الإلكترونات. وبالتالي عادة ما يكون فرق الجهد الأيوني الحراري تسعة أو 12 أو 15 فولتًا، ونادرًا ما يتعدى 100 فولت. وعليه، نقول أن قيمته تكون بعشرات الفولتات. إذن، قيمة 𝑉 واحد، فرق جهد التسارع، تكون على الدوام تقريبًا أكبر. لكن هذا ما يحدث في غالبية الأحيان، ولسبب وجيه. تقول الإجابة (ج) إن كلًّا من فرقي الجهد يمكن أن يكون له قيمة أكبر، وهذا يمكن أن يكون صحيحًا. وينطبق الأمر نفسه على الإجابة (د) أيضًا، حيث قد يكون لكل من فرقي الجهد القيمة نفسها.
غير أن أيًّا من هذين الخيارين لن يحقق الكثير. إذا تقلصت قيمة 𝑉 واحد إلى عشرات الفولتات، على غرار 𝑉 اثنين، فإن تسارع الإلكترونات في أنبوب كولدج لن يكون له وجود تقريبًا. وستكون طاقة فوتونات الأشعة السينية المنبعثة منخفضة للغاية لدرجة أنه سيكون من الصعب، أو المستحيل، اكتشافها. وفي الحالة المقابلة، إذا رفعنا قيمة 𝑉 اثنين إلى آلاف أو عشرات الآلاف من الفولتات فهذا أمر شديد الخطورة. وبناء على تركيب ملف المهبط، فقد يسبب ذلك انصهاره في قاع الأنبوب ببساطة، أو حتى انفجاره، وكلتا الحالتين ستؤديان إلى إحداث ضرر لا يمكن إصلاحه.
لهذه الأسباب، فإن الإجابة على السؤال: «أي من فرقي الجهد 𝑉 واحد و𝑉 اثنين يمكن أن يكون له قيمة أكبر؟» هي (أ) 𝑉 واحد، فرق جهد التسارع.
